Фамилия Карлиева — женская форма, но разговор о её происхождении стоит начать с мужского варианта Карлиев, поскольку именно он лежит в основе. В русской модели фамилия образована с помощью патронимического суффикса -ев, который присоединяли к основам, оканчивающимся на мягкий согласный. Суффикс указывает на принадлежность: «чей?» — Карлиев, то есть сын или потомок человека по имени или прозвищу Карлий.

Ключевой вопрос — что стоит в корне. Самая вероятная версия выводит фамилию от тюркского имени Карлы или Карли, которое в свою очередь восходит к слову «кар» — снег. В тюркских языках имена со значением «снежный», «рождённый в снегу» или «белый как снег» встречаются нередко, особенно у народов Средней Азии, Поволжья и Кавказа. Аффикс -лы/-ли в тюркских языках образует прилагательные, так что Карлы буквально означает «снежный» или «имеющий отношение к снегу». Таким образом, фамилия Карлиев указывает на предка, носившего имя с такой семантикой.

Менее распространённая, но возможная версия связывает фамилию с русским дохристианским прозвищем Карло, уменьшительным от имени Карп. В этом случае суффикс -ев работает по той же модели: Карлов → Карлов, но от Карла — Карлов, а от Карло — Карлиев. Однако эта гипотеза слабее, так как прозвище Карло в русской среде не было широко распространено, а ареал фамилии Карлиев в основном тяготеет к регионам с тюркоязычным населением.

Географически фамилия встречается в России, Азербайджане, Казахстане, Узбекистане и Туркменистане. В России носители сосредоточены на Северном Кавказе (особенно в Дагестане и Чечне), в Татарстане и Башкортостане. Это косвенно подтверждает тюркскую версию происхождения, так как именно в этих регионах имена со значением «снег» были обычны.

Словообразовательная модель проста и прозрачна: основа Карли (имя или прозвище) + русский патронимический суффикс -ев. Фамилия не относится к числу древних дворянских родов — она возникла в среде крестьян и горожан, чаще всего в XIX веке, когда фамилии массово закреплялись за нерусскими народами империи. Приставка или окончание -ев не указывает на сословие, а лишь на способ оформления фамилии по русскому образцу.