Фамилия Чаталбаш — редкий случай тюркского наследия в русском ономастиконе. Она не образована по славянской модели с суффиксом -ов/-ев или -ин, а представляет собой цельное прозвище, застывшее в исходной форме. Основа — тюркские слова «чатал» (развилка, раздвоение, вилы) и «баш» (голова, вершина). Буквально Чаталбаш — «раздвоенная голова» или «голова-вилы».

Скорее всего, прозвище дали человеку по заметной внешней примете: например, по форме головы или необычному вихру, напоминающему развилку. В тюркской среде подобные прозвища не редкость — они описывали характерную черту облика или поведения. В русской среде фамилия закрепилась, вероятно, через контакты с татарами, башкирами, чувашами или другими тюркоязычными народами Поволжья и Приуралья. Носители Чаталбаш встречаются в основном на Южном Урале и в Башкортостане — это указывает на региональное происхождение.

Менее вероятная, но возможная версия — происхождение от географического названия. В тюркской топонимике есть Чаталбаш как название урочища или горы с раздвоенной вершиной. Тогда фамилия могла возникнуть у выходца из такого места. Но прозвищное объяснение выглядит правдоподобнее: прозвище, данное по внешности, легче переходит в фамилию при смене языка и быта.

Фамилия не получила широкого распространения и не попала в списки дворянских или купеческих родов. Её носители — скорее всего, крестьяне или казаки, сохранившие тюркское прозвище в качестве родового имени. Встречаются варианты написания с мягким знаком (Чаталбашь) или с удвоением согласных, но основная форма — Чаталбаш — устойчива.