Фамилия Катарэу — редкий случай, когда написание подсказывает происхождение почти без вариантов. Суффикс -эу (в румынской орфографии -eu, читается как [еу]) — типичный для румынских и молдавских фамилий. В русской передаче он часто закрепляется как -эу (реже -еу), поэтому географию искать надо не в Великороссии, а на землях бывшего Молдавского княжества: в Бессарабии, Буковине, на левом берегу Прута.

Основа Катар- скорее всего восходит к румынскому cătar — «мул». Прозвище Катар (или Катару) мог получить упрямый, своенравный человек либо тот, кто держал мулов и занимался перевозками. Суффикс -еу в румынской антропонимии обычно указывает на принадлежность: «Катарэу» — буквально «сын Катара» или «из рода Катара». Это аналог славянского -ов/-ев, но оформленный по законам романского языка.

Возможна и более редкая версия: от греческого καθαρός (катарос) — «чистый». В Молдавии и на Балканах греческие корни встречаются, но для фамилии с суффиксом -еу это менее типично: прозвища от греческих слов обычно давались священникам или грамотеям, а суффикс -еу в таких случаях — скорее поздняя румынизация.

Социальный контекст: фамилии на -еу в XIX веке были распространены у крестьян и мещан, реже — у мелких бояр. Дворянские роды чаще носили фамилии на -еску (-escu) или -яну (-eanu). Катарэу — фамилия неэлитарная, бытовая, что подтверждает её связь с прозвищем по занятию или характеру.

Встречается она сегодня в основном в Молдове, на юге Украины (Одесская, Черновицкая области) и в диаспорах румынского происхождения. В России — единичные носители, чаще всего потомки переселенцев из Бессарабии конца XIX — начала XX века.