Фамилия Катайцева — женская форма, а её основа, мужская фамилия Катайцев, образована по одной из самых распространённых в русском языке моделей: от прозвища или профессии с помощью суффикса -ев (вариант -ов после мягкой основы). Разберём, что стоит за этим корнем.

Корень «катай» — от глагола «катать». В русских говорах «катай» могло быть прозвищем человека, чья работа была связана с катанием: валяльщика (катал валенки), кузнеца (катал металл), извозчика (катал людей) или даже того, кто занимался скатыванием теста. Однако есть и более конкретная версия: «катаем» или «катальщиком» в некоторых регионах называли мелкого торговца, который разъезжал с товаром — «катал» по деревням. Такое прозвище могло закрепиться за предприимчивым крестьянином или отходником.

Фамилия Катайцев — патронимическая, то есть изначально означала «сын Катая» (где Катай — прозвище отца). Суффикс -ев указывает на русское происхождение, а не на украинское или белорусское (там чаще встречается -енко или -ук). Встречается фамилия преимущественно в центральных и северных областях России, особенно в Вятской и Пермской губерниях, где было развито валяльное и кузнечное ремесло.

В ономастическом словаре Б. Унбегауна «Русские фамилии» модель на -ев/-ов считается типичной для фамилий, образованных от прозвищ, связанных с действием. Никаких следов тюркских или финно-угорских корней в фамилии нет — это чисто славянская основа, связанная с трудом. Иногда Катайцеву путают с фамилией Катаев (от «катать» в значении «кататься, веселиться»), но разница в суффиксе: -ев у Катайцева, -ев у Катаева — и в ударении: Катайцев обычно с ударением на второй слог.

Дворянского происхождения у этой фамилии не зафиксировано — скорее всего, предки носителя были ремесленниками или крестьянами, получившими фамилию в XIX веке при переписи населения.