Фамилия Карбышев образована от мирского имени Карбыш. В основе — тюркское слово karbyš, которое означает «хомяк, полевое животное с защёчными сумками». До введения христианства и долгое время после него у восточных славян была традиция давать детям «обережные» имена — названия животных, растений или явлений. Считалось, что такое имя делает ребёнка «своим» для природы и передаёт ему качества зверя: запасливость, хозяйственность, умение выживать. Карбыш — как раз такой случай.

По модели образования фамилия относится к типичным русским патронимическим фамилиям на -ев. Суффикс указывает на принадлежность: Карбышев — «сын Карбыша». Если бы основа оканчивалась на твёрдый согласный, стоял бы суффикс -ов, но здесь мягкий шипящий «ш» даёт -ев.

Стоит заметить, что слово «карбыш» в русских говорах не было общеупотребительным. Оно встречается в южнорусских и поволжских диалектах, что указывает на возможную географию фамилии: регионы, где было сильное тюркское влияние — например, бывшее Казанское ханство, бассейн Средней Волги, Приуралье. Именно оттуда могли выйти первые носители фамилии.

В ономастических справочниках фамилия Карбышев обычно не получает развёрнутого комментария, но её разбор укладывается в схему, описанную Б. Унбегауном для фамилий из тюркских заимствований: исходное слово — прозвище или мирское имя — суффикс -ев/-ов. Других версий происхождения, например от топонима или от христианского имени, нет — и это делает фамилию довольно «прозрачной» для этимолога.

Самым известным носителем фамилии стал Дмитрий Михайлович Карбышев — генерал-лейтенант инженерных войск, геройски погибший в концлагере Маутхаузен. Его биография настолько широко известна, что для многих фамилия ассоциируется прежде всего с ним. Однако этимологически фамилия гораздо старше: она уходит корнями в те времена, когда «карбыш» был обычным прозвищем, а не символом стойкости.