Фамилия Карельская образована от этнонима «карел» — названия финно-угорского народа. Однако вряд ли её родоначальник был карелом по крови. Скорее всего, он происходил из Карелии, переселился в другую местность и получил прозвище по месту прежнего жительства. Такие прозвища давали не по национальности, а по географическому признаку: человека называли Карельским, потому что он пришёл из Карелии, а не потому что он карел.

Фамилия имеет типичную для русских фамилий модель с суффиксом -ск-. Этот суффикс чаще всего указывает на принадлежность к местности или княжескому роду. В крестьянской среде такие фамилии часто давали переселенцам, чтобы отличать их от старожилов. Мужская форма — Карельский, женская — Карельская.

Особенность этой фамилии в том, что она нередко бытовала в регионах, далёких от самой Карелии. Например, в Новгородской, Тверской, Вологодской и даже Сибирских губерниях. Это подтверждает версию о переселенческом происхождении: люди уезжали из Карелии на юг и восток, и их прозвище закреплялось как фамилия.

В ономастике существует и редкая версия, что фамилия могла произойти от прозвища Карела — так могли назвать человека с суровым или замкнутым нравом, ассоциируя его с северным народом. Но эта гипотеза менее правдоподобна, так как фамилии на -ский почти всегда привязаны к географическому объекту, а не к личной характеристике.

В написании фамилии иногда встречается вариант «Карельская» с двойной «л», что соответствует правилам русской орфографии при образовании от слова «карел». Другие формы, вроде «Карельцова» или «Карельских», встречаются реже и имеют иную суффиксальную модель.

Фамилия не относится к числу древних дворянских — она скорее крестьянская или мещанская, распространённая в северных и центральных губерниях России. Среди известных носителей фамилии Карельская нет громких исторических фигур, но это не умаляет её ценности как маркера семейной истории и миграций.