Фамилия Катерли — редкая и неоднозначная по происхождению. Наиболее вероятно, что её корни уходят в Закавказье. Основа фамилии, скорее всего, сложена из двух армянских слов: kat — «молоко» и eral — «кипеть». В таком случае прозвище Катерли могло относиться к человеку, который работал с молоком — пастуху, сыровару или торговцу молочными продуктами. Это объяснение выглядит правдоподобнее, чем связь с немецким словом Kater («кот»): в немецкой среде фамилия была бы оформлена иначе (например, Катер или Катерманн), а суффикс -ли для неё нетипичен. Впрочем, полностью исключать версию с «котом» нельзя — прозвище могли дать за кошачьи повадки или внешность, но она остаётся спорной.

Сама модель фамилии указывает на то, что она могла сформироваться в среде, где был распространён тюркский или кавказский суффикс принадлежности -ли (ср. азербайджанские фамилии вроде Гаджиев). Это косвенно подтверждает, что носители фамилии Катерли исторически связаны с регионами, где смешивались армянские, грузинские и тюркские языки. В русском языке фамилия закрепилась без изменений, как часто бывает с заимствованными прозвищами. География бытования фамилии сегодня неширокая: встречается в основном на юге России и в Закавказье, но точных статистических данных по ней нет.