Фамилия Каренина — это не случайный набор звуков, а указание на внешность предка. В основе лежит прозвище Карень, которое, скорее всего, происходило от прилагательного «карий», то есть тёмно-коричневый, цвета глаз или волос. Так могли прозвать смуглого человека или обладателя карих глаз. Интересно, что в чувашском языке есть слово «карен» — «светло-рыжий», что добавляет ещё один оттенок значения: предок мог быть и рыжеватым.

Модель образования здесь простая и типичная для русских фамилий: суффикс -ин- указывает на принадлежность. Каренина — буквально «дочь или жена Кареня». Это одна из самых распространённых моделей в центральной России, наряду с фамилиями на -ов/-ев.

Существует и альтернативная, но куда менее убедительная версия, пытающаяся разложить прозвище на коми-пермяцкие корни: «кар» (город) и «ен» (бог, божий). Она выглядит натянутой и не находит подтверждения в реальной антропонимике — в коми-пермяцкой среде фамилии с таким составом не зафиксированы как массовое явление.

Стоит отметить, что фамилия Каренина получила широчайшую известность благодаря литературе, но её реальное бытование гораздо скромнее. В дореволюционных переписях и метрических книгах она встречается редко, что указывает на её незнатное, скорее крестьянское или мещанское происхождение. Толстой, выбирая фамилию для своей героини, не выдумывал её, а взял живую, хотя и редкую форму, которая в народном сознании ассоциировалась с тёмным, «карим» обликом — что идеально совпало с портретом Анны.