Фамилия Каремова образована от мужского имени Карем, которое, в свою очередь, является диалектной или бытовой формой арабского имени Карим. В переводе с арабского Карим означает «щедрый», «благородный», «великодушный» — один из эпитетов Аллаха в исламе. Усечение конечного согласного (Карим → Карем) — характерная черта устной речи, особенно в тюркоязычной среде, где фамилия и получила наибольшее распространение. Таким образом, корень фамилии — не русский и не славянский, а восходит к мусульманскому именнику.

Суффикс -ов- указывает на русскую модель образования фамилий, типичную для народов, вошедших в состав Российской империи. Фамилии на -ов/-ев массово присваивались представителям нерусских национальностей (татарам, башкирам, народам Кавказа) при переходе на оседлый образ жизни, учёте в ревизских сказках или при крещении. В данном случае суффикс прикрепили к основе Карем-, и получилась фамилия в значении «принадлежащий Карему» или «из рода Карема». Женская форма Каремова указывает на принадлежность к этому роду женщины или семьи в целом.

Географически фамилия тяготеет к регионам с традиционно мусульманским населением: Татарстан, Башкортостан, Дагестан, Чечня, а также встречается среди азербайджанцев и народов Средней Азии. В русских областях она редка и почти всегда указывает на миграцию или смешанные браки. Интересная деталь: в некоторых тюркских языках «карем» может осмысляться как «чудо» (от арабского карама), но это вторичное, народно-этимологическое толкование, не связанное с исходным именем.

С точки зрения словообразования фамилия Каремова — типичный пример адаптации восточного имени через русский патронимический суффикс. Похожие фамилии — Каримов, Каримова (полная форма), Каремов, Каримханов. Разница в написании (Каремов вместо Каримов) — следствие местного произношения или ошибок писцов при записи в метриках. Носители фамилии могут встретить и вариант Каримова как более распространённый литературный аналог.