Фамилия Катченко — яркий пример украинской модели фамилий на -енко, которая в XVII–XVIII веках была распространена в Поднепровье и на Слобожанщине. Суффикс -енко исторически указывал на «сына» или «потомка»: Катченко — буквально «маленький Катко» или «сын Катка». В основе лежит прозвище Катко, которое, скорее всего, образовано от украинского слова «кат» — палач. В народной речи так могли назвать человека сурового, жёсткого или того, кто исполнял неприятную, но необходимую работу, связанную с наказаниями. Реже, но возможно и происхождение от имени Катря (уменьшительное от Екатерина) с переходом в фамилию через отчество.

Словообразовательная цепочка проста: прозвище Кат → уменьшительная форма Катко → фамилия Катченко. Суффикс -к- в основе («Кат-к-о») типичен для украинских личных имён и прозвищ, а прибавление -енко закрепило фамилию в родовом значении. В отличие от русских фамилий на -ов/-ев, которые часто означали принадлежность («чей?»), украинские на -енко подчёркивали родство по прямой линии.

Географически фамилия Катченко тяготеет к центральным и восточным областям Украины — Черкасской, Полтавской, Харьковской. В России она встречается реже, в основном в регионах, граничащих с Украиной, или среди потомков переселенцев XIX–XX веков. По сословной принадлежности носители фамилии чаще всего были казаками или крестьянами; дворянских родов с такой фамилией не зафиксировано, что подтверждает её народное, а не аристократическое происхождение.

Стоит отметить, что в украинской ономастике нередки случаи, когда прозвище «Кат» давали не палачу, а человеку с резким характером или даже шутливо — за строгость в быту. Поэтому не стоит воспринимать значение фамилии буквально: для предков Катченко это была скорее бытовая характеристика, чем указание на профессию. Фамилия не имеет отношения к слову «катить» или «каток» — корень здесь однозначно связан с «кат» (палач), что подтверждается и параллельными фамилиями вроде Катюк, Катюшенко, Катовский.