Фамилия Карыхалина — женская форма от Карыхалин, а та, в свою очередь, образована от прозвища или нецерковного имени Карыхаля. Точное значение этого слова спорно, и лингвисты предлагают как минимум две версии, не исключающие друг друга.

Первая версия связывает прозвище с глаголом «кархать». В русских диалектах у этого слова есть неожиданное значение — не «каркать», а «жить помаленьку, перебиваться» или «прихварывать». Если это так, то Карыхалей могли называть человека небогатого или того, кто часто болел, — прозвище отражало его социальный статус или состояние здоровья.

Вторая версия отсылает к диалектному слову «кархаль». В некоторых говорах так называют крохаля — крупную утку-нырка. До прихода массовых фамилий на Руси было принято давать детям «птичьи» имена: считалось, что, назвав младенца в честь животного или птицы, родители передают ему качества этого существа. Имя Карыхаля могло быть оберегом — чтобы ребёнок рос здоровым и ловким, как эта утка.

Как именно сложилась фамилия: отчество по отцу (чей сын? — Карыхалин) закрепилось сначала за главой семьи, а затем перешло к потомкам. Суффикс -ин указывает на принадлежность («сын Карыхали»), что типично для русских фамилий, образованных от основ на -а/-я.

Фамилия редкая; её носители, скорее всего, выходцы из северных или центральных областей России, где диалектные слова «кархать» и «кархаль» были в ходу. Судя по окончанию, фамилия недворянская — такие модели (на -ин) чаще встречались у крестьян и мещан.