Фамилия Катаова образована от прозвища Ката. Скорее всего, в его основе лежит осетинское слово xatoen — «углубление, яма, хижина», либо родственное ему древнеиранское kata с тем же значением. Такое прозвище могло указывать на место жительства предка: он жил в хижине или в низине.

Фамилия построена по типичной для русского языка модели с суффиксом -ов, который в данном случае указывает на принадлежность: «сын Каты» или «из рода Каты». Это одна из самых распространённых моделей русских фамилий, но её основа здесь не славянская, а иранская, что сразу выделяет фамилию на фоне типичных для центральной России.

Географически фамилия Катаова должна быть привязана к регионам, где осетинский язык или его диалекты были в ходу, — в первую очередь к Северной Осетии. Однако суффикс -ов, а не -ты (как в осетинских фамилиях), говорит о том, что фамилия оформлялась уже в русской среде. Возможно, предки носителя фамилии были осетинами, перешедшими на русскую фамильную модель, или же прозвище Ката дали человеку русские соседи, заметив его жильё или характерную низину рядом с домом.

Процесс формирования фамилий был длительным, поэтому точно определить время и место происхождения рода Катаовых можно лишь на основании серьёзных генеалогических исследований.