Фамилия Кармильцева — женская форма фамилии Кармильцев. Её основа — прозвище или мирское имя Кармилец. Слово это звучит необычно, и корень его, скорее всего, не русский, а тюркский. В тюркских языках «кармыл» (или близкие варианты) могло означать «смешанный», «пёстрый», «нечистый» — такое прозвище давали человеку со смуглой кожей, тёмными волосами или просто «чужому» по крови. В некоторых диалектах «кармыл» — это «проклятый» или «одержимый», но вряд ли фамилия образовалась от столь негативного значения: скорее, это было охранительное имя, которым «отпугивали» злых духов от ребёнка.

Модель образования фамилии — стандартная для русского Севера и Урала. Суффикс -ев (вариант -ов после мягкого согласного) указывает на принадлежность: Кармильцев — сын Кармильца. Но вот суффикс -ец в основе — редкая деталь. В русских фамилиях он обычно указывает на выходца с какой-то территории (как Тамбовец, Сибирец) или на носителя характерного признака. Здесь же -ец мог присоединиться к тюркскому корню по аналогии с русскими прозвищами: «кармилец» — тот, кого называют «кармыл». То есть фамилия фиксирует не имя, а именно прозвище, которое закрепилось за родом.

Географически фамилия редкая, но встречается в Пермском крае и на Среднем Урале — в регионах, где с XVI–XVII веков активно селились русские, контактировавшие с татарами, башкирами и коми-пермяками. В метрических книгах XIX века Кармильцевы записаны как государственные крестьяне, то есть не крепостные, а лично свободные земледельцы. Это косвенно подтверждает версию о северном или уральском происхождении: крепостное право там было слабее, а смешанное население — обычное дело.

Других версий, например от слова «кармить» (кормить) с искажением, ономастика не предлагает — слишком натянуто. Фонетически фамилия чётко делится на тюркский корень и русский суффикс. Так что, скорее всего, предки носительницы фамилии — русские крестьяне, получившие прозвище от соседей-тюрок за смуглый облик или как охранительное имя.