Фамилия Карастелина образована от прозвища или нецерковного имени Карастель. Основа фамилии — слово «карастель», которое в русских говорах имело два основных значения. В одних областях так называли птицу коростель (дергача), в других — сорт мелкой сладкой дыни. Оба значения могли стать источником прозвища: либо человека сравнивали с птицей (за голос, манеру двигаться, скрытность), либо за пристрастие к дыням или за сладковатый, приятный нрав.

Главная особенность этой фамилии — суффикс -ин, а не более типичный -ев. В русской ономастике суффикс -ин присоединялся к основам, оканчивающимся на -а или -я. Если бы прозвище звучало как Карастель, фамилия стала бы Карастелев. Форма «Карастелина» указывает на то, что исходное прозвище было женского или уменьшительного типа — Карастеля. Так могли называть и мужчину, но в форме, характерной для некоторых северных и южнорусских говоров, где прозвища на -я были обычны.

Встречается фамилия преимущественно в центральных и южных областях России, что совпадает с ареалом слова «карастель» в значении «дыня». В словарях русских говоров (например, в «Словаре русских народных говоров») это слово фиксируется именно в южных регионах. Поэтому наиболее вероятная версия — прозвище Карастеля дали любителю дынь или продавцу бахчевых, а не охотнику на коростелей.

Мужская форма фамилии — Карастелин. Фамилия редкая, недворянская, относится к крестьянско-мещанскому пласту русских фамилий. В дореволюционных источниках носители Карастелины упоминаются среди государственных крестьян и мещан Тамбовской, Воронежской и Саратовской губерний — как раз в зоне бахчеводства.