Фамилия Карлеутов — относительно редкая, но её происхождение укладывается в знакомую модель: русские фамилии, образованные от тюркских прозвищ. По тому же принципу возникли, например, Тургенев (от «турген» — быстрый), Аксаков (от «аксак» — хромой) или Булгаков (от «булгак» — беспокойный). Разница в том, что основа Карлеут сложнее и менее очевидна.

Скорее всего, в основе лежит тюркское прозвище, состоящее из двух частей. Первая — «кар» (в тюркских языках — «снег»). Вторая часть может восходить к слову «леут» или «лют» — в диалектах это «глупец», «дурак» или «бестолковый». Соединение «снежный глупец» звучит как загадка, но такие прозвища в кочевой среде не редкость: они могли даваться за странное поведение или внешность, напоминающую что-то зимнее и нелепое.

Другая версия связывает вторую часть с тюркским «аут» — «огонь», «пламя». Тогда Карлеут — «снежный огонь», оксюморон, который мог стать прозвищем человека с противоречивым характером или внешностью (например, седые волосы при горячем нраве). Этот вариант менее распространён, но лингвистически возможен.

Суффикс -ов в фамилии Карлеутов — стандартный русский патронимический показатель, означающий «сын» или «принадлежащий». То есть носитель фамилии — потомок человека по прозвищу Карлеут. Такая модель (тюркская основа + русский суффикс) типична для русских фамилий, возникших в XVI–XVII веках, когда служилые люди из татарской или башкирской среды переходили на русскую службу и получали фамилии по отцовскому прозвищу.

Регионально фамилия Карлеутов встречается в Поволжье и на Урале — в зоне активных контактов русского и тюркского населения. Встречается и вариант написания Карлеутов (с ударением на второй слог), что подтверждает тюркское происхождение: в тюркских языках ударение часто падает на последний слог основы.