Фамилия Катанаков происходит от прозвища Катанак. Её основа — тюркское слово «катан», которое в ряде языков (татарском, башкирском, казахском) означает «закалённый», «крепкий», «твёрдый». В переносном смысле так могли назвать выносливого, физически сильного или упёртого человека. Суффикс -ак в тюркских прозвищах придаёт уменьшительно-характеризующий оттенок: Катанак — это «крепкий малый» или «закалённый парень». Русский патронимический суффикс -ов (Катанаков) превратил прозвище в фамилию: «сын Катанака».

Фамилия редкая и явно восточного происхождения, скорее всего, связана с татарами или башкирами, которые после присоединения Поволжья и Приуралья к Русскому государству в XVI–XVII веках получали русские фамилии по имени отца. Встречается она и у хакасов — в этом случае корень «катан» может восходить к тюркскому «хатан» (царица, госпожа), но такое объяснение менее вероятно для фамилии на -ов, так как женские основы в тюркских именах давали другие модели.

Не исключено, что в основе лежит и топоним — название реки Катанга или села Катанак, но документальных подтверждений этому нет. В любом случае, фамилия Катанаков — пример того, как тюркское прозвище, характеризующее человека, закрепилось в русской фамильной системе через патроним. Носители её встречаются в Татарстане, Башкортостане, Оренбургской области и у хакасов, но точная география бытования требует отдельного исследования по переписным книгам XVIII–XIX веков.