Фамилия Катлабуга — один из тех редких случаев, когда прозвище прямо указывает на географическую точку. Её основа — название озера Катлабуг, расположенного в Одесской области Украины, в низовьях Дуная. Это крупный лиман, известный с XVI–XVII веков. Топоним, скорее всего, тюркского происхождения: «катла» может означать «соединять, складывать», а «буга» — «бык» (в переносном смысле «силач» или «вожак»). Вместе это могло звучать как «соединённый бык» или относиться к форме водоёма. Но есть и другая версия: «катла» — искажённое «котёл» (низина, котловина), что хорошо описывает озеро-лиман.

Фамилия образована по простой модели: прозвище по месту жительства (Катлабуга) + нулевой суффикс. То есть человека, жившего на берегу этого озера или в одноимённом селе, могли прозвать Катлабугой. Затем прозвище закрепилось за его потомками как фамилия. Суффикса -ов или -ин здесь нет, что для русских фамилий редкость и указывает на украинское или южнорусское происхождение: на Украине фамилии без суффикса (так называемые «прозвищные») встречаются гораздо чаще. В русской среде такая форма могла закрепиться только в том случае, если носители переселились на север или в центральные области уже с готовой фамилией, не переделывая её на -ов.

Основная масса носителей фамилии Катлабуга — потомки выходцев из Причерноморья, возможно, запорожских казаков или крестьян, осваивавших земли у Дуная после русско-турецких войн. В метрических книгах XIX века фамилия встречается в Херсонской и Бессарабской губерниях. Сословно это были государственные крестьяне и мещане — дворянских родов с такой фамилией не зафиксировано. В советское время фамилия расселилась шире, но остаётся очень редкой: по открытым данным, в России её носят не больше нескольких сотен человек, преимущественно на юге и в центральных областях.

С точки зрения словообразования, фамилия уникальна тем, что сохранила исходное топонимическое прозвище без изменений. Она не перешла в притяжательную форму (как, например, Катлабугов), что говорит о сравнительно позднем закреплении фамилии — уже после того, как в XIX веке на юге империи перестали массово «русифицировать» бессуффиксные фамилии. Если встретите Катлабугу, почти наверняка его предки — с берегов одноимённого озера, из окрестностей современного города Измаил.