Фамилия Карнугаев — редкий случай, когда основа не лежит на поверхности и не выводится напрямую из известного слова. Разбирать её нужно не с корня, а с модели образования, иначе легко попасть в ловушку ложной прозрачности.

Суффикс -ев указывает на типичную русскую патронимическую модель: фамилия образована от прозвища или имени, которое оканчивалось на мягкий согласный или -й. Значит, исходная форма — Карнугай. Этот элемент -гай в русских фамилиях обычно связан с тюркскими языками, где он может означать «лес», «роща» или «местность». Первая часть — Карн- — вызывает больше споров. Самое правдоподобное объяснение: это искажённое тюркское «кара» — «чёрный». В таком случае Карнугай — «чёрный лес» или «чёрная роща». Прозвище мог получить человек, живший у тёмного, густого леса, либо тот, кто занимался лесным промыслом в такой местности.

Менее вероятная, но не исключённая версия связывает основу с личным тюркским именем, в котором «карн» означало бы «живот» или «утроба» — такие прозвища иногда давали по физической особенности. Однако для фамилии, закрепившейся в среде русских крестьян, топонимическое объяснение «по месту жительства» выглядит весомее: переселенцы из южных и восточных регионов нередко получали фамилии по характерным приметам ландшафта.

Географически фамилия Карнугаев тяготеет к югу России — встречается в Ростовской области, Ставропольском крае и в казачьих областях. Это косвенно подтверждает тюркское происхождение основы: в зоне контакта славянских и тюркских народов такие прозвища возникали особенно часто. В документах XIX века фамилию могли записать и как Карнугай, и как Карнугаев — с окончанием, которое уже тогда приспосабливало тюркское прозвище к русской грамматике.

Словообразовательный штрих, который отличает эту фамилию от более массовых: она сохранила редкий исходный элемент -гай, не переделав его в привычное -кай или -га. Это говорит о том, что носители фамилии долго держались за первоначальное произношение, и письменная фиксация застала её до того, как язык окончательно причесал неудобное слово.