Катерина — одна из тех редких русских фамилий, которая образована напрямую от женского имени, а не от отчества. В основе лежит народная форма крестильного имени Екатерина. В переводе с греческого это имя означает «чистая», «непорочная». Святая великомученица Екатерина, по преданию, славилась не только верой, но и учёностью — она была знатного рода и получила блестящее образование, после чего обратила в христианство множество людей.

Фамилии, произошедшие от женских имён, в русской традиции встречаются нечасто. Обычно родовая фамилия закреплялась по отцу, но если мать играла ключевую роль в хозяйстве или оставалась единственной кормилицей, дети могли получить прозвание по ней. В случае с фамилией Катерина возможен и другой вариант: так могли прозвать человека, который находился на службе у женщины по имени Катерина — например, крепостного или работника.

Модель образования здесь бессуфиксная — фамилия совпадает с самим именем. Это указывает на относительно позднее закрепление, когда фамилии уже не требовали обязательных родовых окончаний -ов или -ин. Такая форма могла сложиться на юге России, в Белоруссии или на Украине, где бессуфиксные фамилии от имён встречаются чаще.

Процесс формирования фамилий был длительным, и без генеалогических исследований точно определить, где и когда появился первый носитель фамилии Катерина, сложно. Но ясно одно: предок носителя этой фамилии был тесно связан с женщиной, которую в быту звали Катериной, — и это имя закрепилось за целым родом.