Фамилия Каратанов принадлежит к числу относительно редких русских фамилий с явной тюркской основой. Её ядро — личное имя или прозвище Каратан, которое, скорее всего, было двусоставным. Первая часть, «кара», в тюркских языках чаще всего означает «чёрный», но в ряде контекстов — «сильный, мощный» или «великий». Вторая часть, «тан», переводится как «заря» или «рассвет». Если исходить из этого разбора, имя Каратан могло значить «чёрная заря» (метафора чего-то редкого или могучего) либо «сильная заря» — образ, связанный с ярким, неудержимым началом дня.

Есть и другая версия, более приземлённая и связанная с родоплеменной историей Средней Азии. Каратаном называли одну из ветвей обширного узбекского рода Дурман. Сами дурманы, по мнению ряда исследователей конца XIX — начала XX века, вели происхождение от монгольских племён, растворившихся в тюркской среде. В этом случае прозвище Каратан изначально было не личным именем, а указанием на принадлежность к конкретной родовой группе или выходцем из местности с таким названием (топоним Каратана).

Фамилия образована по стандартной русской модели с суффиксом -ов, который в данном случае отвечает на вопрос «чей?»: сын или потомок Каратана. Это типичный способ адаптации иноязычных имён в русской среде, особенно в Поволжье, Приуралье и Сибири, где русские фамилии нередко фиксировали тюркские прозвища. Сословно Каратановы могли быть как служилыми людьми (казаками, толмачами), так и крестьянами, перенявшими фамилию от предка, носившего редкое имя Каратан.

В написании фамилии нет вариантов — только через «а» во втором слоге и с ударением, вероятнее всего, на последний слог: Карата́нов.