Фамилия Кармалаева звучит необычно, но её происхождение укладывается в несколько типичных для русских фамилий моделей. В основе лежит прозвище или имя Кармалай. Суффикс -ев указывает на принадлежность: «чей?» — Кармалаев, то есть сын или потомок человека по имени или прозвищу Кармалай.

Самая вероятная версия связывает основу с тюркскими языками. В татарском, башкирском, чувашском слово «карма» означает «вяз» (дерево). Суффикс -лай в тюркских именах часто придаёт значение «похожий на», «обладающий качеством». Таким образом, Кармалай могло быть прозвищем человека, жившего у вяза, имевшего отношение к этому дереву или даже носившего его в качестве личного имени. Фамилии на -ев с тюркскими корнями — обычное дело для регионов Поволжья и Урала, где исторически жили татары, башкиры, чуваши, а затем и русские перенимали такие прозвища.

Есть и другая, менее распространённая гипотеза: Кармалай — это искажённое или диалектное произношение крестильного имени. Например, от греческого Карп (Κάρπος, «плод») или латинского Карл (лат. Carolus, «мужественный») с добавлением уменьшительного суффикса -ай. Однако в этом случае фамилия скорее приняла бы форму Карпов или Карлов. Тюркское происхождение выглядит убедительнее, потому что основа «карма» встречается в топонимах (село Кармалы, река Кармалка) и других фамилиях (Кармалин, Кармалов).

Сословно фамилия Кармалаева не привязана к дворянству — скорее всего, её носили крестьяне или мещане из регионов с тюркским населением. Встречается она редко, что делает её интересным маркером для генеалогического поиска: если у вас такая фамилия, есть смысл проверить метрические книги Казанской, Симбирской или Оренбургской губерний. Там предки могли быть как русскими, так и крещёными татарами или чувашами.