Фамилия Карнозова — женская форма, в основе которой лежит мужская фамилия Карнозов. Она образована по стандартной русской модели: к основе прозвища или имени добавили патронимический суффикс -ов, который указывал на принадлежность («чей?» — Карнозов, то есть сын или потомок человека по прозвищу Карноз). Суффикс -ов здесь самый распространённый в русских фамилиях, но вот основа — редкая и неочевидная.

Корень «карноз» напрямую связывают с диалектным словом «карнозый» или «корнозый». В разных говорах русского языка, особенно южных и западных, так называли человека с грубой, огрубевшей кожей, а также — с крупными, неровными чертами лица. Иногда слово имело более узкое значение: «с обветренным, заскорузлым лицом», что типично для крестьян, много работавших под открытым небом. Таким образом, фамилия Карнозов изначально была прозвищем по внешнему признаку, которое закрепилось за родом.

Менее вероятна, но всё же возможна версия, что в основе лежит тюркское или кавказское личное имя или слово. Например, в некоторых тюркских языках «карны» или «карноз» может означать «чрево», «живот», но для русского бытования фамилии это слишком далёкая параллель. Правдоподобнее выглядит связь с древнерусским нецерковным именем Корноз, которое встречается в актах XVI–XVII веков. Имя могло быть производным от того же «корнозый» или от глагола «корнать» — обрезать, укорачивать (тогда прозвище давали человеку с физическим недостатком или, наоборот, с короткой стрижкой).

Географически фамилия Карнозов (и Карнозова) тяготеет к югу России: она встречается в Воронежской, Ростовской областях, а также в Краснодарском крае. Это косвенно подтверждает диалектную версию происхождения — именно в этих местах слово «карнозый» было в ходу. Среди носителей фамилии преобладали крестьяне и однодворцы, то есть потомки служилых людей, охранявших южные границы государства. Никаких известных исторических личностей с этой фамилией не зафиксировано, что делает её типичным примером прозвищной фамилии из народной среды, где внешность или характер человека становились его родовым именем.