Фамилия Катериночкина образована от женского имени Катерина через цепочку уменьшительных форм. В основе лежит греческое имя Αἰκατερίνη (Айкатерини), которое в русской традиции превратилось в Екатерину и её народный вариант Катерина. Далее имя прошло через суффиксы субъективной оценки: сначала -очк- (Катерочка), затем -ин- (Катериночка), а к получившейся основе прибавили притяжательный суффикс -ин, указывающий на принадлежность: «чья?» — Катериночкина. Полная цепочка выглядит так: Катерина → Катерочка → Катериночка → Катериночкин → Катериночкина.

Фамилия принадлежит к распространённому типу русских фамилий на -ин, которые образуются от имён, прозвищ или профессий, оканчивающихся на -а/-я. В данном случае ключевой элемент — суффикс -очк-, который встречается в фамилиях значительно реже, чем, скажем, -к- или -ушк-. Такая форма — «Катериночка» — звучит как ласковое обращение, почти как домашнее прозвище. В старину так могли называть девочку или молодую женщину в семье, а затем это прозвище закрепилось за её потомками.

Географически фамилия тяготеет к южнорусским и центральным областям, где имя Катерина было особенно популярно в крестьянской и мещанской среде. В северных говорах чаще использовали форму «Катеринушка», а вот «Катериночка» — типично для рязанских, тамбовских, воронежских земель. В дореволюционных метрических книгах можно встретить записи о крестьянах Катериночкиных, что указывает на простонародное происхождение фамилии.

Интересная деталь: фамилия Катериночкина стоит в ряду однокоренных фамилий, образованных от того же имени, но с разными суффиксами — Катеринкин, Катеринин, Катеринчев. Среди них Катериночкина выделяется самым длинным и «ласковым» суффиксальным рядом. В отличие от фамилии Катеринин, которая могла принадлежать потомку человека, носившего имя Катерина (редкий случай, когда мужчину называли женским именем в качестве внутрисемейного прозвища), Катериночкина почти наверняка восходит к женщине — матери, бабушке или жене, которую в округе знали как Катериночку.