Фамилия Карсоновы — довольно редкий пример того, как нерусское по происхождению имя легло в основу типично русской фамилии. Её образовали по стандартной модели: к основе Карсон добавили суффикс -ов, который указывает на принадлежность («чей?» — сын Карсона). Такой способ словообразования был самым массовым в России в XVI–XIX веках, и если бы предок носителя фамилии был не крещёным иноземцем, а, скажем, шотландцем, осевшим в России, его дети автоматически становились Карсоновыми.

Имя Карсон, лёгшее в основу, имеет гаэльские корни. Гаэлы — это коренное население горной Шотландии и Гебридских островов, сохранившее свой язык и культуру. Точную этимологию установить трудно, но ономасты предполагают, что имя могло сложиться из двух элементов: cair («горячий, пламенный») и sonn («сильный человек, герой»). В таком случае имя Карсон — это характеристика, что-то вроде «пламенный герой» или «горячий воин». Однако не стоит думать, что фамилия указывает на шотландское происхождение рода: имя Карсон одинаково распространено и среди ирландцев, и среди англичан, причём в Британии оно считается универсальным (даётся и мужчинам, и женщинам). Поэтому логично предположить, что основатель рода Карсоновых — выходец с Британских островов, который в какой-то момент оказался в русскоязычной среде и адаптировал своё имя под местные фамильные традиции.

Говорить о точном месте и времени возникновения фамилии сложно: процесс мог растянуться на десятилетия, а в метрических книгах иностранные имена нередко искажали. Тем не менее, сам факт, что гаэльское имя сохранилось в русском окончании -ов, делает фамилию Карсонов любопытным памятником культурного обмена: славянская письменность и германская (английская) устная традиция встретились в одной фамилии.