Фамилия Кастуганова — редкий случай, когда основа, скорее всего, не русская, а тюркская или кавказская. Образована она по стандартной модели с суффиксом -ов, который в женском роде даёт окончание -а. Мужской вариант — Кастуганов. Если отбросить суффикс, остаётся корень «Кастуган». В русском языке такого слова нет, искать его нужно в языках соседних народов.

Самая вероятная версия — происхождение от тюркского мужского имени или прозвища Кастуган. В тюркских языках основа «каст» (или «кас») может означать «гусь» или «утка», а суффикс -уган/-укан часто образует имена, указывающие на действие или свойство. Есть и более конкретная параллель: в башкирском и татарском языках слово «ҡаҙ» (каз) — «гусь», и имя Кастуган могло означать «гусятник», «охотник на гусей» или просто «гусь» как тотемное прозвище. У некоторых тюркских народов имена, связанные с птицами, давали детям для защиты от злых духов или чтобы укрепить здоровье.

Менее распространённая, но тоже возможная версия — связь с кавказскими языками, например с чеченским или ингушским. В чеченском «каст» — это «обычай», «традиция», а «ган» (или «гуо») может быть частью сложного имени. Тогда Кастуган — «хранитель обычаев» или «следующий традиции». Однако эта гипотеза слабее, так как суффикс -ов в фамилии характерен именно для русифицированных тюркских фамилий, а не для кавказских, где чаще встречаются окончания на -ев, -ов или вовсе без суффикса.

Географически фамилия Кастугановы встречается преимущественно в регионах Поволжья — в Татарстане, Башкортостане, Оренбургской области, а также среди астраханских татар. Это подтверждает тюркскую версию. Предки носителей фамилии, скорее всего, были крещёными или обрусевшими татарами, башкирами или мишарями, которые получили фамилию по имени родоначальника. Род занятий мог быть любым — от скотоводства до земледелия, но прозвище указывает на связь с природой, охотой или птицеводством.

Словообразовательно фамилия простая: имя Кастуган + патронимический суффикс -ов. Похожие модели есть у фамилий Кастуров, Кастюков, но они встречаются ещё реже. В дореволюционных документах написание могло колебаться — Кастуганов, Кестуганов, Кастуканов — из-за особенностей записи тюркской речи русскими писарями.