Фамилия Католиченко — один из тех случаев, когда за основой стоит не имя, а прозвище, причём с непростой историей. В её основе лежит слово «католик», которое в русских говорах имело совсем не тот смысл, что в церковном обиходе.

Слово «католик» восходит к греческому katholou — «всецело», «полностью». В богословском языке оно означало «вселенский», и в этом значении его впервые употребил Игнатий Антиохийский в Послании к смирнянам, назвав христианскую церковь katholike ekklesia. Но в быту, особенно на юге России и Украины, слово «католик» стало ходовым прозвищем для человека иной веры — поляка, а то и просто «еретика» или «неверного». Так могли назвать и переселенца с запада, и того, кто держался особняком в вере. Прозвище Католик закреплялось за человеком, а затем переходило к его детям уже как фамильное имя.

Суффикс -енко — типичный для украинской антропонимии. Он указывает на происхождение: Католиченко — буквально «сын Католика». Такая модель была распространена в Поднепровье, на Слобожанщине и в южнорусских землях, где украинская фамильная система смешивалась с великорусской. Форма на -енко говорит о том, что фамилия сложилась не раньше XVI–XVII веков, когда этот суффикс стал активно вытеснять старые патронимы на -ович.

В отличие от фамилий на -ов или -ин, Католиченко сохранила прозвищный корень почти без изменений. Никакого «Католиков» или «Католикин» — именно прямой патроним от прозвища. Это указывает на то, что в момент закрепления фамилии прозвище было ещё живым и узнаваемым: окружающие понимали, кого называют «Католиком», и сына того человека записывали как Католиченко.

Встречается эта фамилия преимущественно на территории современной Украины и в приграничных областях России — там, где исторически были контакты православного и католического населения. Встречаются варианты написания с одной «т» — Каличенко, но они могут быть связаны с другим корнем (от «калика», «калека»), поэтому путать их не стоит.