Фамилия Каталбаева — тюркская по происхождению, и в ней наиболее интересен не корень, а способ образования. Она принадлежит к числу фамилий на -аева, что прямо указывает на женскую линию. Мужской вариант — Каталбаев. Эта модель характерна для многих народов бывшего СССР: казахов, киргизов, башкир, татар. В русской традиции такие фамилии не склоняются по женскому роду, но в тюркской среде суффикс -аева (или -ева) как раз и маркирует носительницу.

Основа фамилии — личное имя Каталбай. Оно составное, и его можно разобрать на две части. Первая — «катал» (или «кадыр» в искажённом произношении), что в тюркских языках означает «могущественный», «уважаемый», «почтенный». Вторая — «бай» (богатый, господин, хозяин). В сумме имя Каталбай примерно переводится как «почтенный богач» или «уважаемый господин». Такие имена давали мальчикам с пожеланием достатка и авторитета в обществе.

Географически фамилия Каталбаева чаще всего встречается в Казахстане и Киргизии, реже — у башкир и татар. В русских архивных документах она могла фиксироваться с искажениями — Каталбаев, Коталбаев, Кадырбаев — из-за особенностей записи тюркских звуков кириллицей. Никакого отношения к славянским фамилиям она не имеет, искать в ней славянские корни (например, от «катать») было бы ошибкой.

Сословно предки носителя фамилии скорее всего были скотоводами или мелкими землевладельцами, а само имя Каталбай могло принадлежать родоначальнику, пользовавшемуся уважением среди сородичей. Фамилия не древняя — в современном виде она сложилась в XIX–XX веках, когда у кочевых народов начали массово закрепляться родовые прозвания.