Фамилия Катпабаев — яркий пример того, как географическое имя превратилось в родовое. Её основа — топоним Катпабай, который, скорее всего, происходит от названия казахского аула или урочища. В свою очередь, в этом названии угадывается личное имя Катпабай, сложенное из двух частей: «катпа» (в тюркских языках — «слой», «пласт», но в переносном смысле может означать «крепкий», «основательный») и «бай» («богач», «хозяин», «господин»). Таким образом, имя-предок могло означать «крепкий богатырь» или «основательный хозяин».

Словообразовательная модель фамилии типична для казахской ономастики, где суффикс -ев (фонетический вариант -ов) присоединяется к основе, оканчивающейся на гласный. В русской записи Катпабаев — это русифицированная форма казахской фамилии, которая в оригинале звучала бы как Қатпабаев (с твёрдым «қ»). Суффикс указывает на принадлежность: «сын Катпабая» или «из рода Катпабая».

Интересная деталь: в отличие от многих фамилий, образованных от арабских или персидских имён, эта фамилия опирается на чисто тюркскую лексику, связанную с бытовыми качествами человека. Это говорит о том, что родоначальник, скорее всего, не был связан с духовенством или аристократией, а выделился среди соплеменников силой или хозяйственностью. Фамилия почти не встречается за пределами Казахстана, что подтверждает её локальное происхождение. Встречаются варианты написания Катпабай, но фамилия в форме Катпабаев закрепилась в документах именно в XX веке, при советской паспортизации.