Фамилия Каратонова — женская форма от Каратонов, и её разбор стоит начать не с корня, а с суффиксальной модели. Суффикс -ов- указывает на типичную русскую патронимическую фамилию, то есть образованную от имени или прозвища отца. В основе лежит мужское прозвание Каратон, которое, в свою очередь, почти наверняка восходит к тюркскому «кара» — «чёрный». Вторая часть «тон» может быть искажением тюркского «тун» (ночь) или «дон» (степь, равнина). Таким образом, Каратон — это человек с прозвищем «Чёрная ночь» или «Чёрная степь», что характерно для тюркоязычных народов Поволжья, Приуралья или Сибири.

География фамилии подсказывает, что её носители чаще всего встречаются в регионах с исторически смешанным русско-татарским или русско-башкирским населением: Татарстан, Башкортостан, Оренбургская область. В русском языке фамилия закрепилась через процесс русификации: тюркское прозвище получило русский патронимический суффикс. Модель образования здесь та же, что и у фамилий Каратаев, Карамышев, Караулов — все они образованы от тюркских основ с «кара».

Версия о чисто славянском происхождении маловероятна. Слово «каратон» не встречается в древнерусских говорах, а попытки связать его с диалектным «карать» (наказывать) или «кара» (наказание) разбиваются о грамматику: суффикс -он- в русских прозвищах редок и обычно указывает на заимствованную основу. Поэтому наиболее правдоподобно — прозвище, данное человеку за смуглую кожу, тёмные волосы или мрачный нрав, которое впоследствии стало фамилией целого рода.

Что касается социального статуса первых носителей, то фамилии на -ов с тюркской основой в XVI–XVII веках часто получали служилые люди, казаки или крестьяне, жившие на границе с кочевыми народами. Точных сведений о Каратоновых в боярских списках нет, что указывает на их непривилегированное происхождение: скорее всего, это были крестьяне или посадские люди, чья фамилия зафиксировалась относительно поздно, в XVIII–XIX веках. Женская форма Каратонова, как и любая отчество-фамилия, просто указывает на принадлежность к роду Каратоновых — дочери или жене Каратонова.