Фамилия Караонова — женская форма, а её мужской вариант, Караонов, встречается редко. В основе лежит прозвище или имя Караон, которое, скорее всего, имеет тюркское происхождение. Разберём корень «кара-»: в большинстве тюркских языков это слово означает «чёрный», «тёмный», а также используется в переносном смысле — «простой», «народный» или даже «могучий» (в составе сложных имён). Вторая часть «-он» может быть суффиксом, уменьшительным окончанием или искажённым «оглы» (сын), но чаще всего это просто часть прозвища, означающего «черный» или «смуглый» человек.

Фамилия образована по русской модели с суффиксом -ов, который указывает на принадлежность: Караонов — сын Караона. Это типичный для русских фамилий способ адаптации иноязычных имён, особенно в регионах с тюркским населением — в Поволжье, на Урале, в Сибири или на Северном Кавказе. Словарь Б. Унбегауна подтверждает, что фамилии на -ов от тюркских основ широко распространены в среде крестьян и казаков, которые часто получали прозвища по внешним признакам.

Версия о происхождении от осетинского «хæрæ» (осёл) с добавлением «он» маловероятна: такая основа не дала бы фамилии с характерным русским суффиксом. Также спорно связывать фамилию с греческим «кара» (голова) — в русской ономастике это единичные случаи, не образующие массовой модели.

Носители фамилии Караонова в России немногочисленны, но встречаются в документах XIX века среди государственных крестьян и мещан. Предок, получивший такое прозвище, мог быть смуглым, темноволосым или происходить из семьи, где ценили тюркские имена-обереги (чёрный цвет считался защитой от сглаза). Точных сведений о сословной принадлежности нет, но фамилия явно не дворянская — в родословных книгах она не фиксируется.