Фамилия Карелкин — одна из тех, что прямо указывает на этническое происхождение или место, откуда пришел предок. Её основа — прозвище Карелка, которым в русской среде называли человека из народа карелов. Карелы — финно-угорский народ, исторически живущий на севере, в основном на территории современной Республики Карелия и в восточной Финляндии. Самое раннее упоминание о них в русских письменных источниках встречается в новгородской берестяной грамоте № 590, датированной 1066 годом: в ней говорится о нападении литовцев на «карелу». Значит, представление о карелах как об отдельном народе было хорошо знакомо новгородцам уже в XI веке.

Прозвище Карелка, скорее всего, давали не коренному карелу, а именно переселенцу. В XVII–XVIII веках, особенно в годы Северной войны и правления Петра I, многие карелы покидали родные земли, спасаясь от шведских нашествий. Они уходили в более спокойные районы России — например, в Тверскую губернию, где и сейчас существует компактная группа тверских карелов. Так человек, получивший прозвище Карелка (то есть «карел», «выходец из Карелии»), становился родоначальником целого рода. Суффикс -ин в фамилии — типичный русский патронимический показатель, отвечающий на вопрос «чей?»: сын Карелки, а значит — Карелкин.

Интересно, что фамилия эта не слишком распространена, что говорит о её достаточно узком, локальном происхождении. В отличие от фамилий на -ов (типа Карелов), форма на -ин обычно образовывалась от прозвищ или имён, оканчивающихся на -а или -я. Карелка — как раз такой случай. Встречается она преимущественно в регионах, куда шёл основной поток карельских переселенцев: в Тверской, Новгородской, Ленинградской областях. При этом сама фамилия — русская по форме, и её носители давно уже не помнят о своих карельских корнях, хотя именно на это имя и указывает.