Фамилия Кармилова — женская форма, а её мужской вариант Кармилов встречается реже, но именно он даёт ключ к происхождению. Словообразовательная модель здесь классическая: основа + патронимический суффикс -ов, указывающий на принадлежность («чей?» — Кармилов, то есть сын или потомок Кармила). Суффикс -ин в этой фамилии не работает, так как основа не оканчивается на -а/-я.

Самое интересное — основа «Кармил». В русском языке нет распространённого имени или прозвища с таким корнем, и это сразу отсекает версию о происхождении от календарного имени (ни Карп, ни Карл тут не подходят). Наиболее правдоподобное объяснение лежит в области профессиональных или этнических прозвищ. Кармил могло быть искажённым вариантом слова «кармазин» — в старину так называли тонкое ярко-красное сукно. Тогда Кармилов — потомок человека, который либо торговал этим дорогим материалом, либо шил из него одежду. В пользу этой версии говорит и то, что в русских говорах слово «карминный» (от французского carmin) означало «алый, ярко-красный» — прозвище могли дать за любовь к такой одежде или за румянец.

Есть и вторая, более редкая гипотеза: связь с тюркскими языками. В татарском и башкирском «кармыл» означает «вяз» (дерево). В зонах русско-тюркского пограничья (Поволжье, Урал) прозвище Кармыл могли дать человеку, жившему у вяза или напоминавшему его статью. При переходе в русскую фамилию тюркское «ы» могло замениться на «и» — так и получился Кармилов.

Фамилия редкая, в дореволюционных справочниках почти не встречается, что говорит о её позднем оформлении — скорее всего, в XIX веке, когда крестьянам массово присваивали фамилии. Географически Кармиловы чаще всего фиксируются в центральных областях России и в Поволжье, что подтверждает обе версии: и суконный промысел (Москва, Тверь), и тюркское влияние (Казань, Симбирск). Сословного барьера не было — фамилия могла возникнуть и у ремесленника, и у крестьянина, и у мещанина.