Фамилия Кармалий — одна из тех, что ставит перед исследователем несколько загадок сразу. Её основа, суффикс и география не укладываются в один очевидный ответ, поэтому придётся рассматривать версии.

Первое, что бросается в глаза, — окончание «-ий». В русских фамилиях этот суффикс чаще всего указывает на польское или украинское происхождение (сравните: Кармалий, как Замойский, Потоцкий). Однако основа «Кармал» не имеет прямого аналога в польской шляхетской ономастике. Поэтому логичнее предположить, что перед нами фамилия, образованная от прозвища или имени, записанного по южнорусской (украинской) модели: к основе добавили -ий, что в украинском языке часто встречается у фамилий на -ий (Шевченко — Шевченкий, но тут иной случай).

Сам корень «Кармал» может восходить к тюркскому слову «карма» — «судьба, рок, предопределение». В татарском и башкирском языках «карма» означает «судьба», а также «предзнаменование». Если так, то прозвище Кармал могли дать человеку, который, по поверьям, умел предсказывать судьбу или на которого «судьба указала» (например, поздний или долгожданный ребёнок). В пользу этой версии говорит и то, что фамилии на -ий нередко возникали на стыке славянского и тюркского миров — на юге России, в Поволжье, на Кубани.

Вторая версия — топонимическая. На карте встречаются селения с похожими названиями: Кармалы (в Чувашии, Татарстане, Башкортостане). Житель такого села мог получить прозвище Кармалий или фамилию по месту выхода. В этом случае суффикс -ий работает как указатель принадлежности: «из Кармалов». Такая модель типична для фамилий, образованных от названий сёл на -ы/-и (Кармалы → Кармалий, как Борки → Боркий).

Третья, менее вероятная версия связывает фамилию с греческим или румынским влиянием. В румынском языке есть слово «carmalin» — «шерстяная ткань», но для прозвища это слишком узкая основа.

Что касается сословной принадлежности — точных данных нет. Фамилия редкая, не встречается в списках дворянских родов. Скорее всего, предки носителя были крестьянами или казаками из регионов с тюркским субстратом. По переписям XIX века Кармалии встречаются в Херсонской губернии, на Кубани и в Поволжье.

Итог: наиболее правдоподобно, что фамилия Кармалий восходит к тюркскому «карма» (судьба, рок) и была дана человеку с каким-то особым отношением к судьбе или как прозвище по селу Кармалы. Ударение, скорее всего, падает на последний слог — Кармали́й, что типично для украинских фамилий на -ий.