Фамилия Каратуев — один из тех случаев, когда за привычным русским окончанием -ев скрывается нерусская, скорее всего тюркская, основа. Разбирать её стоит не с корня, а с географии: фамилия редкая, и её концентрация заметна в Поволжье, на Урале и в Западной Сибири — регионах, где веками шло смешение славянского и тюркского населения. Это сразу подсказывает, что перед нами не случайный заимствованный звук, а осмысленное прозвище, закреплённое в документах.

Основа «Карату(й)» почти наверняка восходит к тюркскому «кара» — «чёрный». Второй элемент сложнее. Самая правдоподобная версия — от тюркского «туй» (праздник, свадьба) или «туй» (чувствовать, понимать). В первом случае «Каратуй» могло означать «чёрный праздник» или «плохая свадьба» — такое прозвище давали человеку, родившемуся или попавшему в переделку в неудачный день, либо тому, кто славился мрачным нравом и портил веселье. Вторая версия — от глагольной формы «кара туй» (чёрный, т.е. глубоко чувствующий) — менее вероятна, но встречается в ономастике как характеристика замкнутого, задумчивого человека.

Морфология проста: суффикс -ев указывает на патронимическую модель — сын Каратуя. В русской традиции фамилии на -ев образовывались от имён и прозвищ на -й. Носитель фамилии — потомок человека, которого в XV–XVII веках прозвали Каратуем за внешность, характер или событие в жизни. Сословно это могли быть и крестьяне, и служилые люди «по прибору» (стрельцы, казаки), которые нередко брали тюркские прозвища при записи в полки.

Интересно, что фамилия почти не имеет однокоренных «двойников» вроде Каратаев или Каратунов, хотя основа «кара» в русских фамилиях (Караваев, Карамышев) обычна. Это говорит о том, что Каратуев — не переоформление какого-то общего тюркского имени, а локальное прозвище, закрепившееся в конкретной семье. В словарях тюркских имён Каратуй не фиксируется как распространённое личное имя, так что это именно прозвищная, а не именная фамилия.