Фамилия Карпельевы образована от личного имени Карпель — уменьшительной формы крестильного имени Карп. Имя Карп пришло на Русь из греческого языка, где «карпос» означает «плод» или «приносить пользу». Соответственно, имя Карпель — это не официальная церковная форма, а народный, бытовой вариант, который давали в семье или в деревне. Такой способ образования фамилий — от уменьшительного имени через суффикс -ев — один из самых распространённых в русской ономастике: сначала человека звали Карпель (вместо полного Карп), а его детей, внуков и правнуков уже записывали как Карпельевы.

Менее вероятная, но нередкая в народной этимологии версия связывает фамилию напрямую с рыбой карп. Согласно этой гипотезе, имя Карпель могло быть языческим, дохристианским прозвищем, которое давали ребёнку, чтобы природа приняла его как своего и наделила свойствами этой рыбы — живучестью, плодовитостью, силой. Такие «рыбные» прозвища встречаются в русской традиции (сравните фамилии Ершовы, Щукины, Карасёвы), но в случае с Карпельевыми эта версия слабее: имя Карп и его производные входили в святцы, и церковное происхождение для этой фамилии гораздо правдоподобнее.

Сама фамилия фиксируется в документах с XVII–XVIII веков. Поскольку суффикс -ев указывает на принадлежность («чей?» — Карпельев), носители фамилии были, скорее всего, крестьянами или посадскими людьми — в дворянской среде такие «простые» отчества встречались реже. Точное место возникновения фамилии не установлено, но характерная форма на -ев (а не на -ов) говорит о том, что основа имени оканчивалась на мягкий согласный — в данном случае на «ль». Это типично для северных и центральных русских говоров, где уменьшительные имена вроде Карпель, Василь, Михайль были распространены повсеместно.

Таким образом, фамилия Карпельевы — это памятник не столько славянской письменности вообще, сколько конкретной народной традиции: из полного церковного имени сделали домашнее, ласковое, а оно, в свою очередь, закрепилось за целым родом.