Фамилия Карловец — редкий пример, когда основа не вызывает споров, а суффикс указывает на точное географическое происхождение. В отличие от массовых Карловых (от имени Карл), Карловец — это не «чей-то», а «откуда-то». Суффикс -ец в русских фамилиях обычно закреплялся за выходцами из конкретного места: москвич становился Москвиным, тверич — Тверитиновым, а житель местности с корнем «Карл» — Карловцем.

Самая вероятная версия — связь с топонимом Карловец. В Словении есть город Карловец (словен. Karlovec), но для русской фамилии логичнее искать на территории бывшей Российской империи. Например, в Хорватии существует город Карловац (нем. Karlowitz), который в русских документах XVIII–XIX веков могли передавать как Карловец. Однако более приземлённый вариант — деревня или хутор с таким названием в Беларуси или на западе Украины, где фамилии на -ец особенно распространены. Там Карловцем могли прозвать переселенца, прибывшего из села Карлово или Карловка.

Менее вероятно, но возможно, что фамилия образована напрямую от имени Карл с помощью редкого суффикса -овец, который в некоторых говорах заменял стандартный -ов. В этом случае Карловец означал бы то же, что и Карлов — потомок человека по имени Карл. Но суффикс -ец чаще указывает на принадлежность к месту, чем к личности, поэтому «географическая» версия убедительнее.

Фамилия немногочисленная, встречается в основном в западных регионах России, на Украине и в Беларуси. В дворянских родословных книгах она не зафиксирована — скорее всего, носители были крестьянами или мещанами, получившими фамилию по месту выхода при переписях XIX века. Сегодня её можно встретить и в дальнем зарубежье — в семьях потомков эмигрантов первой волны.