Фамилия Кармелино — редкий для России случай, когда итальянская основа сохранилась почти без изменений. В отличие от большинства «русских» фамилий, которые адаптировали иностранные корни русскими суффиксами (-ов, -ин, -ский), Кармелино пришла в готовом виде. Это типичная итальянская фамилия, образованная от личного имени Кармело, которое, в свою очередь, восходит к библейскому топониму Кармель (гора в Израиле, где, по преданию, жил пророк Илия). Суффикс -ино в итальянском языке указывает на уменьшительно-ласкательную форму или принадлежность: Кармелино — «маленький Кармело» или «сын Кармело». Таким образом, основа фамилии — это прозвище или имя, данное в честь Богоматери Кармельской (Девы Марии с горы Кармель), культ которой очень популярен в католической Италии.

В русском контексте фамилия Кармелино могла появиться двумя путями. Первый — через потомков итальянских архитекторов, художников, ремесленников, которых приглашали в Россию начиная с XVIII века. Второй — через греческих или болгарских переселенцев, у которых тоже встречаются фамилии на -ино, но в данном случае итальянское происхождение более вероятно из-за четкой связи с именем Кармело. Фамилия осталась несклоняемой, что характерно для поздних заимствований из романских языков: в русском языке её не подгоняют под падежи (нет «Кармелина», есть «у Кармелино»).

Поскольку фамилия не имеет русского суффикса, её носители в России — это, скорее всего, потомки обрусевших итальянцев или выходцев из средиземноморских регионов. Встречаемость крайне низкая, что делает её маркером конкретной семейной истории, а не массового явления. С точки зрения ономастики, это пример фамилии-прозвища, застывшей в именительном падеже, которая в итальянской среде указывала бы на происхождение от человека по имени Кармело, а в русской — на недавнюю миграцию или смешанный брак.