Фамилия Каталовы образована от личного прозвища Катала. В разных регионах России это слово имело два совершенно разных значения, и оба могли лечь в основу фамилии.

Первая версия связывает прозвище с ремеслом. На Русском Севере и в Сибири «каталой» называли мастера, который изготавливал валенки — их в народе именовали «катанками». Валенки «катали» из шерсти, сбивая и уплотняя её вручную. Соответственно, прозвище Катала получал валяльщик, шерстобит.

Вторая версия — уральская. На металлургических заводах Урала «каталой» называли прокатный стан. Однако в переносном смысле так могли прозвать и самого рабочего, который обслуживал этот стан — прокатчика, металлурга. Таким образом, фамилия Каталов могла указывать на занятие предка: либо он ката́л валенки, либо работал на заводе у прокатного стана.

Фамилия образована по стандартной русской модели: к основе прозвища Катала добавили патронимический суффикс -ов, который буквально означает «сын Каталы». Со временем фамилия закрепилась за потомками. Точно определить, в какой именно местности и когда возникла фамилия Каталов, сейчас сложно: процесс становления русских фамилий шёл несколько столетий, и одинаковые прозвища могли давать независимо друг от друга в разных губерниях.