Фамилия Карпенцов — довольно редкий пример, когда в основе лежит не имя, не профессия, а прозвище, образованное от названия рыбы. Корень здесь — «карп», а суффикс «-енц» указывает на уменьшительную или пренебрежительную форму. То есть прозвище Карпенец означало «маленький карп» или «карпик». Такие прозвища по рыбам были распространены в южных и центральных губерниях России, где карп водился в изобилии и был привычной добычей. Прозвище могли дать либо за внешнее сходство (полнота, медлительность, большие глаза), либо за пристрастие к этой рыбе.

Суффикс «-ов» в конце фамилии — типичный русский патронимический формант, означающий принадлежность: «сын Карпенца». Таким образом, Карпенцов — это «сын того, кого звали Карпенцом». Модель образования проста: прозвище на -ец → притяжательное прилагательное на -ов. Если бы фамилия закрепилась в украинской среде, она звучала бы как Карпенко, но русский суффикс «-ов» выдаёт адаптацию уже на великорусской почве.

Географически фамилия тяготеет к югу России — Ростовской, Воронежской, Волгоградской областям, где рыболовство было важным промыслом. Встречается она и в казачьих станицах Дона, где прозвища по рыбам (Лещов, Сомов, Ершов) вообще не редкость. Примечательно, что однокоренные фамилии Карпов и Карпенко встречаются в десятки раз чаще, а вот форма с суффиксом «-енц» — штучная, редкая. Это говорит о том, что прозвище Карпенец не стало массовым, а закрепилось в одной-двух локальных ветвях.

Других версий происхождения, кроме «рыбной», у фамилии нет. Связывать её с заимствованным словом «карпент» (лат. carpentum — повозка) или с английским carpenter (плотник) было бы натяжкой: для русской ономастики это нетипичные источники, и никаких следов таких заимствований в диалектах не зафиксировано. Так что предки современных Карпенцовых — это, скорее всего, простые люди, жившие у воды, промышлявшие рыбной ловлей или получившие своё прозвище за схожесть с упитанным карпом.