Фамилия Каталкины — не единственная в своем роде: её «двойники» Каталовы, Катальщиковы, Катаевы образованы от тех же корней, но разными суффиксами. Сама фамилия Каталкин построена по стандартной для русских фамилий модели: основа (прозвище Каталка) плюс суффикс -ин, указывающий на принадлежность («чей?» — сын Каталки). Суффикс -ин характерен для фамилий, образованных от слов женского рода или от прозвищ с окончанием -а, -я, поэтому Каталкин, а не Каталков.

Прозвище Каталка могло возникнуть из нескольких источников, и все они связаны с глаголом «катать». Самый очевидный — ремесленный: «каталками» в некоторых говорах называли валенки, а человека, который их валял (катал), — Каталкой. Валяльное ремесло было распространено в центральных и северных губерниях России, так что предок Каталкиных вполне мог быть валяльщиком или торговцем валенками. Но есть и другая версия, не менее конкретная: на Урале «каталь» — это прокатный стан, а «каталкой» могли прозвать рабочего металлургического завода, который обслуживал этот стан. Третье возможное значение — извозчик, «катающий» людей на санях или телеге. Все три версии правдоподобны, но первая (валяльщик) встречается в русской ономастике чаще, так как прозвища по ремеслу давали охотнее, чем по месту работы на заводе, особенно в период массового формирования фамилий в XVIII–XIX веках.

Географически фамилия Каталкин не привязана к одной области: она встречается и в центральных регионах, и на Урале, и в Сибири — что как раз подтверждает разные возможные источники прозвища. В каждом регионе основатели фамилии могли получить её от своего занятия, поэтому единого «родового гнезда» у Каталкиных нет. Окончательно установить, какая из версий верна для конкретной семьи, можно только через архивные документы: ревизские сказки, метрические книги, где прозвище или ремесло записаны прямо. Без этого любая из трёх версий остаётся равновероятной.