Фамилия Карлагин — пример относительно редкой модели, в которой на стыке корня и суффикса произошло упрощение, изменившее первоначальный облик. Если разобрать её по составу, то основа «Карлаг-» и типичный русский патронимический суффикс «-ин» указывают на то, что фамилия образована от прозвища или имени Карлага. Но само слово «карлага» в русском языке не встречается, и здесь скрывается ключевая особенность.

Скорее всего, перед нами вариант фамилии Карлагин от более распространённой основы «Карл». В говорах или при быстром произношении отчество «Карлович» или прозвище «Карлов» могло дать форму «Карлаг» через перестановку звуков (метатезу) или под влиянием диалектной огласовки: «Карл» → «Карла» → «Карлага» (с суффиксом -аг-/-яг-, который часто встречается в прозвищах, например, «бродяга», «миляга»). Суффикс «-ин» в этом случае стандартно указывает на принадлежность: «сын Карлаги» — то есть человека, которого в округе звали Карлагой (возможно, за схожесть с кем-то по имени Карл или за упрямство, если вспомнить значение имени Карл — «мужчина, свободный человек»).

Другая версия, хотя и менее вероятная, связывает фамилию с тюркскими корнями. В языках народов Поволжья и Средней Азии есть слово «карлаг» (или «карлык») — «снежный», «зимний». В таком случае прозвище могли дать человеку, родившемуся в суровую зиму или имевшему светлые, «снежные» волосы. Однако фамилии с таким суффиксом (-аг-) и русским окончанием «-ин» встречаются редко, и версия с производным от имени Карл выглядит органичнее для русской ономастической традиции.

Географически фамилия Карлагин не привязана к одной области — она встречается рассеянно, что характерно для фамилий, образованных от редких прозвищ. В дореволюционных источниках она могла записываться по-разному: Карлагин, Карлакин, Карлыгин, что подтверждает неустойчивость произношения основы. В любом случае, предок носителя фамилии был человеком, которого окружающие выделили прозвищем, а не именем по отцу — то есть прозвище могло отражать характер, внешность или обстоятельства жизни.