Фамилия Кармильчик звучит на слух как уменьшительно-ласкательная, и это впечатление не обманывает. В её основе лежит суффикс -чик, который в восточнославянских фамилиях обычно указывает на профессию или занятие предка. Если отбросить суффикс, остаётся корень «кармил». Самая прямая и правдоподобная версия — перед нами прозвище, связанное с глаголом «кормить» в старом произношении или диалектном написании (с «а» вместо «о»: «кармить»). Соответственно, Кармильчик — это «маленький кормилец», то есть сын или ученик человека, который кормил людей. Речь идёт о профессии кормильщика — так в некоторых регионах называли того, кто занимался откормом скота, птицы (например, гусей на продажу), а иногда и работника, который раздавал еду на барском дворе.

Вторая, менее очевидная версия связывает фамилию с еврейским антропонимическим пластом. У ашкеназских евреев фамилии на -чик нередко образовывались от имён или прозвищ с тем же корнем, но здесь основа могла быть искажена при адаптации на русской почве. Однако для фамилии Кармильчик версия с кормильцем выглядит убедительнее, потому что она объясняет и прозвищный характер, и типичную для белорусских и украинских земель модель образования (суффикс -чик там особенно распространён).

Географически фамилия редкая и, скорее всего, локальная. Её следы ведут в западные области Российской империи — современную Беларусь, западную Украину или юго-западные губернии России. Там фамилии на -чик часто давали людям невысокого сословия: крестьянам, ремесленникам, мелким служащим. Если предок носил прозвище Кармиль, то его сына или подмастерья называли Кармильчик — так и закрепилось.

В отличие от фамилий с суффиксом -ов/-ев, которые указывали на принадлежность отцу, модель на -чик в этом случае передавала скорее профессиональную или прозвищную характеристику рода. Поэтому носитель фамилии Кармильчик может считать, что его предок был человеком, чья работа была связана с кормлением — либо в прямом смысле (скотник, птичник), либо в переносном (заботливый, щедрый хозяин, которого так прозвали в округе).