Фамилия Карайцев — один из тех случаев, где за привычным русским окончанием скрывается основа, уводящая на юг, в тюркские степи. Несмотря на «-ев», указывающий на принадлежность (чей? — Карайцев), корень здесь не славянский. В основе лежит тюркское прозвище или имя Карай.

Самый прямой путь — от тюркского «кара» — «черный». В сочетании с аффиксом -ай это могло быть уменьшительно-ласкательное имя Карай (Черныш) или прозвище, данное за смуглую кожу, темные волосы или мрачный нрав. У тюркских народов такие имена давали и как оберег: считалось, что «черное» имя отпугнет злых духов. Вторая, менее очевидная версия — связь с этнонимом «караимы» (карай). Караимы — немногочисленный тюркский народ, исповедующий особую форму иудаизма. Предка Карайцевых могли прозвать Караем за внешнее сходство или по роду занятий, если он торговал с караимами или жил среди них в Крыму или Литве.

Суффикс -цев указывает на то, что фамилия сформировалась в среде русского служилого люда или крестьянства, вероятно, в XVI–XVII веках. Носитель фамилии — потомок человека по прозвищу Карай. Географически фамилия тяготеет к южнорусским областям и Поволжью, где контакты с тюркским миром были особенно плотными. Встречается она нечасто, что говорит о локальном происхождении — возможно, от одного родоначальника в конкретном селе или слободе.

Однокоренные фамилии — Караев, Карай, Карайкин — подтверждают ту же основу, но с разными моделями оформления: -ев, чистая основа, -кин. Карайцев стоит особняком именно из-за суффикса -цев, который обычно присоединяли к прозвищам на мягкий согласный или -й (ср. Бородавцев, Плетнёвцев). Это добавляет фамилии оттенок патронимической «фамильности»: не просто «сын Карая», а «потомок Карая» в более формальном, документированном смысле.