Фамилия Карпылаев — редкий пример, где исходное прозвище застыло в форме, неудобной для русского произношения, и язык «починил» её, добавив суффикс. Основа здесь — «Карпылай», а не «Карпыл». Это либо тюркское имя (от «карпы» — «сильный», «могучий»), либо прозвище человека, который картавил или говорил с «яканьем» — то есть «карпылал», произносил звуки нечисто. Вторая версия правдоподобнее: в русских говорах «карпылать» означало «говорить невнятно, бормотать» (ср. «картавить»). Человек с таким прозвищем явно выделялся речью.

Суффикс «-ев» в фамилии стандартный — он указывает на принадлежность: «сын Карпылая». Сама модель образования простая: прозвище → отчество → фамилия. Но необычность в том, что основа не усекалась и не адаптировалась под русский лад — «Карпылай» так и остался, хотя ожидалось бы «Карпылов» или «Карпылев». Это говорит о том, что прозвище было устойчивым и, возможно, записано в документах именно в такой огласовке.

Географически фамилия тяготеет к зонам активного русско-тюркского контакта: Поволжье, Урал, юг Сибири. Встречается она редко, и её носители, скорее всего, потомки крестьян или служилых людей, получивших фамилию по личному прозвищу в XVIII–XIX веках. Никакого дворянского или купеческого следа нет — это чисто народная, бытовая фамилия.

В словаре Б. Унбегауна «Русские фамилии» подобные случаи разбираются в разделе прозвищ, образованных от дефектов речи. Карпылаев стоит в одном ряду с Карташовым, Шепелевым, Заикиным — только с более тёмной и редкой основой.