Фамилия Карелия — редкий случай, когда в основе фамилии лежит не личное имя, не профессия и не прозвище, а название целого края. Носитель такой фамилии почти наверняка происходит с северо-запада России, из региона, который веками называли Карелией. Но важно сразу оговориться: фамилия эта не карельская по языку, а русская, и образована она по стандартной модели от географического названия.

Словообразовательная схема здесь прозрачна: основа «Карел-» и окончание «-ия». Такой суффикс нехарактерен для русских фамилий, которые обычно заканчиваются на -ов, -ин или -ский. Фамилия Карелия — это, скорее всего, позднее искусственное образование, возникшее не в крестьянской среде, а в среде духовенства. В XVIII–XIX веках семинаристам при поступлении часто меняли фамилии, давая их по месту рождения, по названию монастыря или по епархии. Выпускник, родившийся в Олонецкой губернии или в Приладожье, мог получить фамилию Карелия — как указание на «карельское» происхождение, хотя сам он мог быть русским по крови.

Существует и другая, более бытовая версия: фамилия могла закрепиться за переселенцем из Карелии, которого в новой местности прозвали «Карелия» — по аналогии с тем, как выходцев из других губерний называли «Москва», «Тверитин» или «Вологда». Такое прозвище могло стать фамилией, если его записали в ревизскую сказку. Однако эта версия менее правдоподобна: русские прозвища по названиям земель редко принимали форму женского рода на -ия. Чаще говорили «Карел» или «Карелов».

В любом случае, фамилия Карелия — не карельская, а русская по форме, и её носители, как правило, не имеют отношения к финно-угорскому населению. Это типичный пример того, как имя целого региона стало личной фамилией, и таких случаев в русском ономастиконе единицы. Сравните с фамилиями Московия, Сибирия или Тверия — они встречаются ещё реже и тоже почти все из духовного сословия.