Фамилия Карочкина — женская форма, а её мужской вариант Карочкин. В основе фамилии лежит слово «карочка», которое в русских говорах имеет несколько значений. Чаще всего так называли небольшую корку хлеба или корочку, но в диалектах встречается и другое толкование — «карочкой» могли звать человека маленького роста или щуплого телосложения (от «короткий» в значении «низкий»). В этом случае прозвище Карочка давали невысокому, коренастому человеку.

Словообразовательная модель типична для русских фамилий: суффикс -ин указывает на принадлежность («чей?» — сын Карочки). Такая модель была распространена в северных и центральных губерниях России, где фамилии на -ин часто образовывались от прозвищ или имён, оканчивающихся на -а/-я. Фамилия Карочкин могла закрепиться за потомками человека по прозвищу Карочка.

Менее вероятная, но возможная версия — связь с глаголом «карать» (наказывать). В этом случае «карочка» — это человек, который карает, то есть суровый или справедливый. Однако такое толкование спорно: форма «карочка» от «карать» нехарактерна для русского словообразования, и в говорах она не фиксируется. Правдоподобнее считать основой именно «корку» или «короткого».

Встречаемость фамилии Карочкин/Карочкина невысока, она сосредоточена в основном в центральной России и Поволжье. Среди носителей фамилии нет широко известных исторических личностей, что типично для фамилий, образованных от бытовых прозвищ: такие фамилии чаще всего принадлежали крестьянам и мещанам, а не дворянским родам.