Фамилия Катаевская — яркий пример того, как географическое название может стать родовым именем. Её основа — топоним, то есть название места, и скорее всего, это был населённый пункт с корнем «Ката-»: деревня Катай, Катаево, или, возможно, река Катайка. Таких названий немало на Урале, в Зауралье и в центральной России. Приставка «-евск-» и окончание «-ая» указывают на типичную модель образования фамилий от названий сел и городов: человек, который родом из Катаева или Катаевска, получал прозвище Катаевский, а его жена или дочь — Катаевская. Со временем форма на «-ая» закрепилась как фамилия, а не как обозначение женщины.

Суффикс «-ск-» в русских фамилиях чаще всего говорит о дворянском или, как минимум, о служилом происхождении. В XVIII-XIX веках такую фамилию могли получить дети священников, окончивших семинарию (им часто давали фамилии по названию родного села), или же потомки мелкопоместных дворян, владевших имением Катаевка. Однако это не строгое правило: крестьяне, переселившиеся из одной губернии в другую, тоже могли стать «Катаевскими» по месту выхода.

Корень «Кат-» в топониме может восходить к древнерусскому слову «кат» — палач, что маловероятно для названия деревни, или, что правдоподобнее, к тюркскому «катай» — название одного из башкирских или татарских родов (племя катай). В таком случае фамилия Катаевская — русифицированная форма от этнонима, указывающая на предка из этого племени. Ещё одна версия — связь с глаголом «катать» (катать бревна, катать тесто), но обычно такие прозвища давали людям, а не местам.

В написании фамилии встречается двойное «т»: Каттаевская. Это не ошибка, а отражение диалектного произношения или варианта исходного названия (например, село Каттаево). Встречается она в основном на юге России, в Поволжье и в Сибири — там, где были переселенческие потоки из центральных губерний и где оседали уральские казаки. Фамилия нечастая, но устойчивая: её носители — потомки людей, чья родовая память прочно связана с конкретной точкой на карте.