Фамилия Картахвиль стоит особняком в русском ономастиконе: она не славянская, не тюркская и даже не немецкая. Её основа — «Картахвиль» — это не что иное, как самоназвание грузин: «картвели» (ქართველი), что значит «грузин». В русском языке XIX века это слово могло записываться через «х» и с мягким знаком на конце, отсюда и форма «Картахвиль». Таким образом, носитель этой фамилии — потомок человека, которого в документах записали просто по национальной принадлежности: «грузин». Это редкий случай этнической фамилии, образованной не от прозвища, а от прямого этнонима.

Словообразовательная модель здесь прозрачна, но нестандартна для русских фамилий. В русском языке фамилии на -виль (как Картахвиль или Бонапартвиль) практически не встречаются — это явный признак того, что фамилия не прошла через стандартную русскую суффиксацию (-ов, -ин, -ский). Скорее всего, её зафиксировали в церковной или военной книге как есть, без адаптации. Основа «картах-» — это искажённое «картвел-»: в русских документах XVIII–XIX веков грузин часто называли «карталинцами» (от области Картли), а саму Грузию — «Карталинией». Отсюда и «картах» вместо «картвел».

Вероятных носителей фамилии стоит искать среди потомков грузинских дворян или князей, выехавших в Россию после присоединения Грузии в начале XIX века. В метрических книгах и ревизских сказках такие фамилии часто давали не самим грузинам, а их детям, родившимся уже на русской территории, или крещёным выходцам с Кавказа, чьё родовое имя было трудно произнести. Фамилия могла закрепиться за священником, офицером или мелким чиновником грузинского происхождения.

Географически фамилия редкая, но не уникальная: единичные случаи встречаются в документах Тифлисской и Кутаисской губерний, а также в казачьих областях Кубани и Терека, куда грузины переселялись вместе с русскими войсками. В центральной России Картахвилей практически нет.

Сравнение с однокоренными фамилиями (Карташов, Карташев) ничего не даёт: те восходят к слову «карта» или к тюркскому «карташ» (брат), а «Картахвиль» стоит особняком. Это редкий случай, когда фамилия — не прозвище и не отчество, а прямое указание на народ, к которому принадлежал предок.