Фамилия Царелов — редкий случай, когда основа не оставляет сомнений в прямом смысле, но вот механизм её возникновения не так прозрачен. В основе лежит слово «царь», но суффикс -лов указывает на иную модель образования, чем у привычных Царёв или Царицын.

Если Царёв — типичная «патронимическая» фамилия, отвечающая на вопрос «чей?» (сын Царя, то есть человека с прозвищем или именем Царь), то Царелов строится по продуктивной в XVI–XVII веках модели прилагательного с суффиксом -ов, осложнённым элементом -л-. Такие фамилии часто возникали от прозвищ, образованных от глагольных форм или от названий профессий, где -л- выступало как суффикс действующего лица. Проще говоря, Царелов могло означать не «принадлежащий царю», а «тот, кто имеет отношение к царю», причём отношение это могло быть самым разным.

Наиболее вероятная версия — прозвище Царелов, которое давали человеку, служившему при царском дворе, но не имевшему высокого чина. Это мог быть сторож, рассыльный, псарь или другой «царёв человек» на низовой должности. В бытовой речи такое прозвище закреплялось за конкретным лицом, а затем перешло на его потомков. Альтернативное объяснение — ироническое прозвище: так могли назвать человека, который вёл себя надменно, «по-царски», или, напротив, того, кто много говорил о царе. Но версия со службой выглядит убедительнее, так как суффикс -лов в русских фамилиях чаще встречается именно в «служилых» прозвищах (ср. Писалов, Стрелялов).

География фамилии узкая. Цареловы встречаются в основном в центральных и северных областях России, особенно в Вологодской и Архангельской губерниях, где была сильна традиция образования фамилий от прозвищ, а не только от крестильных имён. В дворянские родословные книги фамилия не попала — её носители были крестьянами и посадскими людьми.

Стоит заметить, что фамилия Царелов легко путается с Царёвым по звучанию, но они разошлись семантически ещё в XVII веке. Царёв — массовая фамилия, Царелов — штучная, и её редкость говорит о том, что прозвище давалось не каждому царскому слуге, а лишь тому, кто был при царе лично и постоянно, что делало его прозвище «привязанным» к человеку, а не к должности.