Фамилия Карантаева — один из тех редких случаев, когда разбор начинается не с корня, а с суффикса. Форма на -аев указывает на тюркское происхождение основы. В русских фамилиях суффикс -ев обычно присоединяется к основам на мягкий согласный или -й, но в сочетании -аев часто скрывается адаптация восточного имени или прозвища. Мужской вариант — Карантаев.

Основа «Карантай» или «Каранта» восходит к тюркским языкам. Наиболее вероятное объяснение: от слова «каранта» — «караван» или «обоз» в некоторых тюркских диалектах (ср. казахское «керуен», татарское «кәрван»). Прозвище Карантай могли дать человеку, который водил караваны, торговал или держал постоялый двор. Менее распространённая версия — от тюркского личного имени Карантай, где «кара» — «чёрный», а «тай» — «жеребёнок» (образное имя, означавшее «крепкий, как чёрный жеребёнок»). В пользу первой гипотезы говорит то, что фамилия встречается в Поволжье и на Урале — регионах активной торговли и караванных путей.

География фамилии узкая. По данным открытых источников, Карантаевы компактно проживают в Оренбургской области, Башкортостане и Татарстане. Это указывает на возможную связь с татарскими или башкирскими родами, которые в XVIII–XIX веках получали фамилии по прозвищам. В метрических книгах XIX века фамилия почти не фиксируется — скорее всего, она оформилась поздно, уже после отмены крепостного права, когда крестьянам инородческих губерний массово давали фамилии по прозвищам.

С точки зрения словообразования, фамилия Карантаева — притяжательное прилагательное с суффиксом -ев (женский род -а). Она отвечает на вопрос «чей?»: «дочь (или жена) Карантая». Если бы основа оканчивалась на твёрдый согласный, мы бы увидели суффикс -ов, но здесь мягкий вариант из-за конечного -й в исходном имени.

Спорных версий немного. Иногда фамилию пытаются связать с греческим «каранда» (вид корабля) или итальянским «каранта» (сорок), но это лингвистически несостоятельно: ни греческих, ни итальянских корней на территории расселения Карантаевых нет. Единственное правдоподобное объяснение — тюркское, через прозвище караванщика или личное имя.