Фамилия Катпенова звучит не по-русски — и это ключ к её разгадке. Основа здесь не славянская, а тюркская, скорее всего казахская. Родовое имя образовано от мужского имени Катпен (или Катпан), которое, в свою очередь, восходит к древнетюркскому слову «кат» — слой, ряд, нечто плотное или крепкое. В переносном смысле такое имя могли дать ребёнку, желая ему стойкости и основательности, или же как прозвище человеку коренастому, плотному.

Суффикс -ов- в фамилии — типичный русский патронимический формант, который в XIX–XX веках добавили к казахским именам при оформлении документов в Российской империи. Окончание -а указывает на женскую форму фамилии: Катпенова — это «дочь или жена Катпена». Мужской вариант, соответственно, Катпенов.

Встречается фамилия в основном в Казахстане и среди казахской диаспоры, реже — в приграничных регионах России (Оренбургская, Астраханская области). В отличие от многих русских фамилий, которые образованы от прозвищ по профессии или внешности, Катпенова напрямую связана с личным именем, и её носители, скорее всего, происходят из одного рода, где имя Катпен было родовым или давалось старшему сыну.

Есть и более редкая версия: в некоторых тюркских диалектах «катпен» могло означать «упрямец» или «неподатливый человек». Но это скорее народная этимология, чем подтверждённое лингвистическое значение. Основная версия — от имени с положительной семантикой «крепкий, прочный» — выглядит убедительнее, так как имена-пожелания в тюркской традиции были распространены повсеместно.