Фамилия Карлямова — редкий пример, где основа, скорее всего, не русская, а тюркская, но оформлена она по русской модели с суффиксом -ов. Ударение, судя по звучанию, падает на второй слог: Карля́мова. Мужской вариант — Карлямов.

Самое правдоподобное объяснение корня — тюркское мужское имя Карлям или Карлам. В татарском, башкирском и других тюркских языках есть основа «кар» — снег. Имя Карлям могло означать «снежный», «белый как снег» или иметь переносный смысл «чистый, светлый». Встречается и вариант с арабским заимствованием: имя Карлям могло быть формой имени Керим (щедрый, благородный), адаптированной под местное произношение.

Поскольку фамилия образована через суффикс -ов (а не -ин или -ский), это указывает на её позднее оформление, примерно в XVIII–XIX веках, когда крестьянам и жителям национальных окраин массово давали фамилии по имени отца. Предок носителя фамилии, скорее всего, был Карлямом — то есть его звали снежным или светлым, либо он был сыном человека по имени Карлям.

Географически фамилия тяготеет к Поволжью и Уралу. Чаще всего она встречается в Татарстане, Башкортостане, а также в Челябинской и Оренбургской областях. Могли быть и крещёные татары (кряшены), у которых тюркские имена переходили в фамилии при православном крещении.

Сравнение с однокоренными фамилиями показывает, что это не единичный случай. Есть фамилии Карлямов, Карламов, Карламышев — все они восходят к тому же тюркскому имени с корнем «кар». Вариант с «я» (Карлямов) — скорее всего, результат местного произношения: в некоторых тюркских диалектах звук «а» после мягких согласных переходит в «я».

Сословная принадлежность предков неясна. Среди носителей фамилии могли быть и государственные крестьяне, и служилые татары, и мещане. Точных данных о дворянстве этой фамилии нет — скорее всего, это крестьянская или мещанская фамилия, что типично для поздних фамилий тюркского происхождения.