Фамилия Катанцева — женская форма от Катанцев, а та, в свою очередь, восходит к прозвищу Катанец. Самая обоснованная версия связывает его с румынским (молдавским) словом «кэтэнэ» — солдат. В Молдавии и на юго-западе России так называли служивых людей, военных. Прозвище Катанец давали либо новобранцу, либо отставному солдату, либо человеку, чья внешность или манера поведения напоминали военного. Так что предки носителей фамилии с высокой вероятностью имели отношение к военной службе.

Есть и другая, менее распространённая версия. Согласно ей, в основе лежит еврейское прозвище Катан (ивр. «маленький»). В этом случае фамилия могла указывать на невысокий рост или младший возраст предка. Однако эта гипотеза слабее: суффикс -ец (Катанец) характерен для славянских и румынских заимствований, а для прямого заимствования из иврита форма «Катанец» нетипична.

Сама модель образования — прозвище на -ец (Катанец) плюс типичный русский суффикс принадлежности -ев — говорит о том, что фамилия оформилась в XIX веке, когда фиксация фамилий стала массовой. Географически она тяготеет к южнорусским и молдавским областям, где слово «кэтэнэ» было в ходу. В отличие от фамилий вроде Катанов или Катанин, образованных напрямую от имени Катан, форма Катанцев сохранила отчётливую связь именно с прозвищем, а не с личным именем.