Фамилия Карелова — женская форма от Карелов. В основе лежит прозвище Карел. Так в русских землях называли выходца из карельского народа. Карелы — финно-угорский народ, исторически живущий на территории современной Республики Карелия и в восточной Финляндии.

Первое письменное упоминание о карелах в русских источниках встречается в новгородской берестяной грамоте № 590, датированной 1066 годом. В ней говорится о нападении литовцев на карелу, то есть на карел. Эта грамота — один из древнейших документов, фиксирующих контакты славян с этим народом.

Прозвище Карел могли дать переселенцу из Карелии. Таких переселенцев было немало, особенно в годы правления Петра I, когда карелы бежали от шведских нашествий в более спокойные внутренние губернии. Самая крупная группа карелов-переселенцев осела в Тверской области, где их потомки живут до сих пор. Прозвище закрепилось за человеком, а затем перешло к его детям и внукам в форме Карелов (а затем и Карелова).

Словообразовательная модель типична: суффикс -ов присоединился к основе прозвища Карел, указав на принадлежность — «сын Карела». Ударение в фамилии обычно падает на второй слог: Каре́лова. Встречается и вариант с ударением на первый слог — Ка́релова, но он менее распространён.