Les auteurs s'accordent à faire dériver ce nom de la transformation en nom de famille du prénom d'origine germanique Carlo. Ce prénom est attesté en Italie depuis le milieu du VIIIe siècle, sous ses formes latinisées Carolus, Carlus et Carlonus, mais il s'imposa entre les Xe et XIe siècles sous l'influence directe du prénom franc Karl et par le prestige de Charlemagne. Le prénom franc Karl provient du germanique karla-, qui désignait l'« homme de condition libre » et, chez les Francs, le « maire du palais » puis le « haut fonctionnaire de la cour ».

E. De Felice signale que le nom a une portée panitalienne dans ses formes principales et ses variantes. Càroli est fréquent en Émilie ; les formes avec le préfixe De prédominent dans le sud de l'Italie et aussi dans la zone de Trente ; Di Carlo est principalement sicilien ; Carlovich est propre au Frioul-Vénétie Julienne ; Carlesso et les formes apocopées sont principalement de Vénétie. Le nom comprend en outre des variantes comme Carlétto et Carlino, dérivées du même prénom de base.