Фамилия Катаулин — редкий пример того, как восточное имя прижилось в русской фамильной модели. В её основе лежит мужское имя Катаула, которое исследователи связывают с диалектным произношением мусульманского имени Гатаулла. Оно составное: первая часть «Гата» переводится с арабского как «дар, подарок», вторая — «Улла» — форма имени Аллаха. Вместе имя означает «дар Аллаха». Такое имя давали долгожданным сыновьям, вкладывая в него пожелание, чтобы ребёнок вырос достойным мусульманином.

От имени Катаула по обычной для русской ономастики модели образовали фамилию с патронимическим суффиксом -ин: Катаулин, то есть «сын Катаулы». Эта модель типична для фамилий, произошедших от имён и прозвищ, оканчивающихся на -а, -я. В русском языке суффикс -ин закрепился за основами женского рода и мужскими основами на -а, поэтому фамилия Катаулин — пример точного следования грамматическому правилу.

Фамилия бытует в основном в Поволжье, что неудивительно: именно в татарской и башкирской среде имя Гатаулла было распространено, а его диалектная форма Катаула встречалась в разговорной речи. В метрических книгах и ревизских сказках XIX века можно найти записи о Катаулиных в Казанской и Симбирской губерниях.

Родственные фамилии — Гатауллин, Гатаулов, Катаулов — показывают, как одно и то же имя в разных говорах и при разном оформлении дало несколько самостоятельных родов. Катаулин стоит в этом ряду как вариант, где исходное имя подверглось фонетическому изменению: глухой «к» вместо звонкого «г» в начале слова — характерная черта некоторых тюркских диалектов.

Точное время возникновения фамилии назвать сложно. Массово фамилии у татар и башкир, принявших православие, стали появляться в XVIII–XIX веках. Если предки Катаулиных были крещёными татарами или мишарями, фамилия могла оформиться именно в этот период. Но окончательно судить о времени и месте можно только после изучения конкретных архивных документов — метрик, переписей, исповедных ведомостей.