Фамилия Катиловы (в мужском роде — Катилов) образована по стандартной русской модели от прозвища Катило. Основа — глаголы «катить», «катать», «катиться». В старину у этого корня было два бытовых значения, которые и могли лечь в основу прозвища. Первое — катание белья: после стирки бельё не гладили, а «катали» специальным рубелем и скалкой. Мастер этого дела получал прозвище Катило. Второе значение связано с извозом: человека, который постоянно «катал» грузы или людей, то есть занимался перевозками, тоже могли назвать Катилом.

Суффикс -ов в фамилии указывает на принадлежность: Катилов — буквально «сын Катила» или «из рода Катила». Такая модель в XV–XVII веках стала господствующей в центральных русских землях, вытесняя более древние формы на -ин. Фамилия довольно редкая, её географическое ядро, судя по современным данным, тяготеет к Поволжью и некоторым областям Центральной России, но точная локализация требует отдельного исследования.

В отличие от многих фамилий, образованных от крестильных имён, Катиловы ведут родословную от прозвища, данного по занятию. Это делает фамилию «говорящей»: она прямо указывает на ремесло предка — либо валяльщика и прачки, либо извозчика. Какая из версий верна для конкретной семьи, можно попробовать установить по архивным записям: в переписных книгах XVII века такие прозвища часто сопровождались пометкой о роде занятий.