Фамилия Карлышкин — наглядный пример того, как редкая основа и уменьшительный суффикс превращают простое прозвище в фамилию, звучащую почти по-сказочному. В её центре лежит имя или прозвище Карлыш, которое само по себе является производным. Скорее всего, это уменьшительно-ласкательная форма от крестильного имени Карл (в русской традиции встречавшегося редко, чаще у обрусевших немцев или в среде духовенства) или от тюркского имени, где корень «кар» означает «снег» или «сила». Однако более правдоподобна бытовая версия: в русских говорах «карлыш» могли называть низкорослого, маленького человека — от слова «карла». Суффикс -ыш в прозвищах (сравните: малыш, крепыш) усиливал именно этот оттенок.

Модель образования фамилии типична для восточнославянской ономастики: к основе на твёрдый согласный добавили притяжательный суффикс -ин, который отвечал на вопрос «чей?». Карлышкин — буквально «сын Карлыша» или «потомок Карлыша». Суффикс -ин здесь указывает на принадлежность к конкретному роду, а не на географию (в отличие от -ский), поэтому фамилия могла возникнуть в любой местности, где давали прозвища по внешности. Встречается она преимущественно в центральных и северных регионах России, но численно остаётся редкой — её носители, как правило, потомки крестьян или мещан, получивших фамилию при переписях XVIII–XIX веков.

Примечательно, что фамилия Карлышкин избежала типичного искажения: в ней не произошло перехода «ы» в «о» под ударением (как было бы в форме «Карлошкин»). Это говорит о том, что основа сохранила исходное произношение прозвища. В ономастических словарях (например, в работах Б. Унбегауна по русским фамилиям) модель на -ыш + -ин описывается как продуктивная для прозвищ, но с конкретным корнем «карл-» она встречается нечасто. Так что Карлышкин — фамилия, которая прямо указывает на предка, получившего своё прозвище за невысокий рост или, в более редком случае, за связь с именем Карл, но в любом случае — за яркую, запоминающуюся черту.