Фамилия Карлыханов — яркий пример того, как тюркское прозвище превратилось в русскую фамилию с помощью стандартного суффикса -ов. Основа здесь — слово «карлыхан» (или «карлыган»), которое в тюркских языках имеет два основных значения: «снежный хан» (от «кар» — снег и «хан» — правитель) или, что более вероятно, «снежная ягода» (так в Сибири и Средней Азии называют облепиху или другие морозостойкие ягоды).

Второе значение выглядит правдоподобнее для прозвища. Карлыханом могли прозвать человека за цвет волос или бороды — белого, как ягоды под снегом, либо за особую любовь к этой ягоде. В тюркской среде такие прозвища по растениям и природным явлениям были обычным делом. Суффикс -ов указывает, что фамилия формировалась в русской среде: тюркское прозвище «Карлыхан» обрусело и стало означать «сын Карлыхана» или «из рода Карлыхановых».

Географически фамилия тяготеет к Южному Уралу и Зауралью — регионам, где веками соседствовали русские и башкиры. В башкирском языке слово «ҡарлыған» (карлыган) означает именно облепиху. Поэтому предки Карлыхановых, скорее всего, были башкирами или татарами, перешедшими в православие и получившими фамилию по своему родовому прозвищу. Встречаются Карлыхановы и среди оренбургских казаков — там смешение культур было особенно сильным.

С точки зрения словообразования фамилия нетипична: она сохранила тюркский корень почти без изменений, не редуцировав его до «Карлов» или «Карланов». Это говорит о том, что прозвище было устойчивым и осознавалось носителями как отдельное слово, а не как сочетание «карл + хан» (что было бы ошибкой — Карл тут ни при чём). В метрических книгах XIX века встречаются варианты написания «Карлыганов» и «Карлыханов», что подтверждает связь с ягодой, а не с титулом.