Фамилия Карталиева образована от мужского имени или прозвища Карталий, а то, в свою очередь, восходит к слову «картал» — так в тюркских языках называли ястреба-тетеревятника или крупного коршуна. Вторая версия, менее распространенная, связывает основу с «карталы» — жителями Карталинии, исторической области в Восточной Грузии (современная Кахетия и прилегающие районы). Но для русской фамилии тюркское происхождение вероятнее: прозвища по названиям хищных птиц давали людям с острым зрением, быстрым нравом или воинственным характером.

Суффикс -ев указывает на принадлежность: Карталиев — сын Карталия. Модель типична для русских фамилий, возникших в среде, где тюркские прозвища адаптировались через отчество. Форма Карталиева — женский вариант той же фамилии, закрепившийся в документах при записи женщин или через наследование от отца.

Географически фамилия редкая, встречается в основном на юге России, в Поволжье и в регионах с исторически смешанным русско-тюркским населением — например, в Астраханской области, Татарстане, Башкортостане. Встречаются и единичные носители среди казахов и татар, где фамилия могла возникнуть независимо, без русского суффикса, но через русификацию в советских паспортах.

Спорный момент — возможная связь с грузинским топонимом Картали (от «карт» — «крепость»). Если фамилия действительно грузинского корня, то суффикс -ев здесь необычен: в грузинских фамилиях типичны окончания -дзе, -швили, -ия. Поэтому версия с ястребом выглядит более обоснованной для русской фамилии, хотя не исключено, что отдельные ветви Карталиевых могли получить фамилию по месту выхода из Грузии, но тогда она скорее звучала бы как Карталинский или Карталов.

Социальный контекст: носители фамилии в XIX веке часто числились государственными крестьянами или однодворцами — потомками служилых людей, охранявших южные границы. Прозвище Карталий могло закрепиться за метким стрелком или зорким сторожевым.