Фамилия Катайкин образована от прозвища или нецерковного имени Катайка. Основа «катай» в русских говорах многозначна и связана прежде всего с движением, вращением, обработкой. Самый прямой путь — от глагола «катать». Катайкой могли прозвать того, кто занимался валянием валенок (катал их), либо человека, работавшего на катке — вальке для белья, или даже извозчика, который «катал» седоков. В северных и сибирских говорах «катай» — это и бойкий, подвижный человек, непоседа. Прозвище могло закрепиться за шустрым, деятельным человеком.

Суффикс -кин указывает на принадлежность: Катайкин — сын Катайки. Такая модель типична для русских фамилий, образованных от прозвищ с окончанием на -а, -я. Встречается она чаще на севере и северо-востоке России, в бывших новгородских и вятских землях, где фамилии на -ин и -кин особенно распространены. Географически фамилия Катайкин не редка в Поволжье и Зауралье — регионах, куда активно переселялись крестьяне из северных губерний.

Интересно, что фамилия могла возникнуть и из тюркского корня. В татарском и башкирском языках «катай» — название древнего племени, вошедшего в состав башкир и казахов. Катайкин в этом случае — потомок человека из рода Катай или выходец из местности, где жили катаи. Однако русская словообразовательная модель с суффиксом -кин говорит скорее в пользу первого, славянского варианта: прозвище от «катать» было более естественным для крестьянской среды. Тюркская версия возможна, если фамилия бытует в смешанных районах Урала или Башкортостана.

Фамилия не относится к числу дворянских или старых аристократических родов. Её носители — в основном крестьяне и ремесленники, и в этом её ценность: она прямо указывает на занятие или характер предка, без посредников. Сравните с однокоренными Катаевыми, Каталовыми, Каталкиными — все они из одного гнезда, но Катайкин стоит особняком из-за уменьшительно-ласкательного суффикса -к-, который в прозвище мог быть как настоящим (маленький катай), так и просторечным, без уменьшения.