Фамилия Карапенкова — редкий пример русской фамилии, образованной от прозвища с нерусской, скорее всего, тюркской основой. В её основе лежит слово «кара» — «чёрный», широко распространённое в тюркских языках. Вторая часть, «пен» или «бен», может восходить к тюркскому «бен» (родинка, пятно) или к диалектному варианту слова «пень». Таким образом, прозвище Карапен или Карапень могло означать «чёрная родинка» либо «чёрный пень» — так в степных и южнорусских регионах могли прозвать человека за смуглую кожу, тёмную родинку на видном месте или за коренастую фигуру.

Суффикс -ов- в сочетании с окончанием -а указывает на принадлежность: Карапенков — сын или потомок Карапена. Женская форма Карапенкова закрепилась за женой или дочерью носителя мужской фамилии. По модели образования фамилия типична для центральной и южной России, где в XVI–XVII веках активно смешивались славянские и тюркские прозвища. В отличие от фамилий на -ин, которые чаще образуются от основ на -а/-я, суффикс -ов здесь присоединён к основе, оканчивающейся на твёрдый согласный.

География фамилии узкая. По данным современных телефонных справочников и баз переписей, Карапенковы встречаются в основном в Волгоградской и Ростовской областях, а также в Ставропольском крае. Это зона бывшего Дикого Поля и казачьих земель, где тюркские заимствования в прозвищах были нормой. Встречаемость фамилии крайне низкая: по некоторым оценкам, в России насчитывается не более нескольких десятков носителей обеих форм.

Ударение в фамилии, скорее всего, падает на второй слог: Кара́пенкова. Вариант с ударением на последний слог (Карапенко́ва) менее вероятен, так как в русских фамилиях на -ов ударение редко смещается на окончание, если основа не является односложной. В документах XIX века фамилия могла писаться через «о» во втором слоге — Каропенков, что отражает акающее произношение южнорусских говоров.

Сословная принадлежность первых носителей остаётся неясной: фамилия не попала в дворянские родословные книги, но и не зафиксирована в массовых списках крепостных центральных губерний. Вероятнее всего, предки Карапенковых были государственными крестьянами или однодворцами — свободными землепашцами южных окраин.