Фамилия Катимакин — редкий случай, когда основа, скорее всего, не русская, а тюркская или арабская, но оформлена по русской модели с суффиксом -ин. Если бы фамилия была образована от русского слова, мы бы увидели корень «катим» или «катимак», но ни того, ни другого в славянских говорах нет. Зато в тюркских языках, особенно в татарском и башкирском, слово «катимак» (или «катымак») означает пресную лепёшку, оладьи, нечто вроде блинов. В некоторых диалектах так называют и сметану, и даже особый вид творога. Таким образом, прозвище Катимак могли дать пекарю, любителю мучного или человеку с мягким, «пышным» характером — по аналогии с выпечкой.

Модель образования проста: к основе «Катимак» прибавили типичный русский суффийкс принадлежности -ин, указывающий на родство: «чей?» — «Катимакин», то есть сын Катимака, потомок того, кого прозвали Катимаком. Окончание -ин, а не -ов, встречается у фамилий, образованных от слов на -а, -я, но здесь оно закономерно, так как основа заканчивается на твёрдый согласный, а не на -о или -ев. В русской ономастике фамилии с тюркскими корнями, но славянскими суффиксами — обычное дело для регионов, где русские долго соседствовали с татарами, башкирами или чувашами: Поволжье, Урал, юг Сибири.

Версия, что фамилия произошла от мусульманского имени Катима (в арабском — «завершающая», «последняя»), менее вероятна. Женское имя редко становилось основой для фамилии в традиционной патриархальной среде, а мужское прозвище от названия еды — наоборот, распространённый путь. Поэтому первая гипотеза — через прозвище от тюркского «катимак» (лепёшка) — выглядит убедительнее. Носителям фамилии стоит искать корни в районах смешанного русско-тюркского населения, а не в центральной России.