Фамилия Карпелева — женская форма фамилии Карпелев, и её основа сразу указывает на род занятий или прозвище предка. Разберём словообразовательную модель: суффикс -ев (вариант -ов после мягкой основы) типичен для русских фамилий, образованных от прозвищ или профессий, оканчивающихся на мягкий согласный. Основа «Карпел» — это, скорее всего, вариант слова «карп», рыба семейства карповых. В русских говорах существовали уменьшительные или искажённые формы: «карпель», «карпелка» — так могли называть мелкого карпа или просто рыбака, который ловил карпов. Не исключено, что прозвище Карпель дали человеку с характерной внешностью (например, с крупными губами, как у карпа) или тому, кто торговал рыбой.

Вторая версия, менее распространённая, связывает фамилию с личным именем Карп, которое было популярно в старину (от греческого «карпос» — плод). В этом случае Карпелев — это «сын Карпа», а суффикс -ев указывает на принадлежность, как у Иванов или Петров. Но форма «Карпель» скорее напоминает прозвищную основу, чем прямое производное от имени: от имени Карп обычно образовывали Карпов, а реже — Карпин или Карпушкин. Поэтому версия с прозвищем от названия рыбы выглядит правдоподобнее.

Географически фамилия Карпелев (и Карпелева) встречается в центральных и северных регионах России, особенно в Вологодской, Архангельской и Ярославской областях. Это объяснимо: в этих краях рыболовство было традиционным промыслом, а карп — не самая редкая рыба в реках. Встречаются и однокоренные фамилии — Карпель, Карпельцев, Карпелкин, — что подтверждает активность этой основы в русской ономастике.

Сословная принадлежность предков Карпелевых не зафиксирована в общих источниках, но по модели образования фамилия типична для крестьянской или мещанской среды: прозвища от промыслов и черт внешности чаще всего закреплялись именно в этих слоях. Дворянские фамилии такого типа — редкость, разве что в случае позднего получения дворянства за выслугу. В целом, носительница фамилии Карпелева может считать, что её предок, скорее всего, был рыбаком, торговцем рыбой или просто человеком, которого в деревне прозвали за сходство с карпом — без обидного оттенка, а скорее с народной меткостью.