Фамилия Карнофель — редкий случай в русском именослове, где иностранное слово не было адаптировано до неузнаваемости, а вошло в фамилию почти в исходном виде. Основа здесь — «картофель». В русских говорах и просторечии XIX века это слово произносили по-разному: «картофля», «картовка», «картошка», а в южных и западных губерниях нередко говорили «карнофель» или «картопля». Фамилия закрепила этот народный вариант произношения.

Самый вероятный путь возникновения — прозвище Карнофель, данное человеку по роду занятий или внешности. Так могли назвать огородника, выращивавшего картофель на продажу, или торговца этим овощем на базаре. В крестьянской среде, где картофель в XVIII–XIX веках постепенно становился «вторым хлебом», такое прозвище было бы понятным и точным. Реже — шутливое прозвище любителя картошки или человека коренастого, приземистого сложения.

Модель образования проста: фамилия не получила типичного русского суффикса (-ов, -ин, -ский). Она представляет собой «застывшее» прозвище в чистом виде — явление, характерное для украинских, белорусских и южнорусских фамилий. Сравните: Соловей, Голубь, Борщ, Картофель. В официальных документах такую фамилию записывали без изменений, как слышали.

Географически фамилия тяготеет к западу и югу России, а также к Украине и Беларуси — регионам, где диалектное «карнофель» было в ходу. Встречается она редко, в основном в сельских метрических книгах XIX века, что подтверждает её крестьянские корни. Дворянских родов с такой фамилией нет — это однозначно простонародное образование.

Спорных версий происхождения немного. Иногда пытаются связать Карнофель с немецким Karnöffel (старинная карточная игра) или с еврейским вариантом фамилии, но эти гипотезы слабы: ни в одном регионе массового расселения немцев или евреев фамилия не зафиксирована в таком виде. Намного правдоподобнее бытовое прозвище от названия овоща.