Фамилия Катцендорн — случай редкий и примечательный: она не славянская по происхождению, а немецкая, и попала в русский контекст, скорее всего, вместе с носителями — переселенцами или специалистами, приглашёнными в Российскую империю. Разбирать её по привычной для русских фамилий схеме (суффикс -ов/-ев, -ин) бессмысленно: здесь работает другая модель.

Основа фамилии — сложное слово из двух корней. Первая часть, «Катцен» (Katzen), переводится с немецкого как «кошек» (родительный падеж множественного числа от Katze — кошка). Вторая часть, «дорн» (Dorn), означает «шип», «колючка» или «тёрн». В буквальном прочтении Катцендорн — это «кошачий шип» или «кошачья колючка». Так в немецких диалектах называли некоторые колючие растения, например, боярышник или шиповник — то, цепляется за шерсть и царапается. Скорее всего, фамилия изначально была прозвищем: так могли назвать человека колючего, неуживчивого или, напротив, цепкого и неуступчивого, как сорняк.

Второй, более прозаичный вариант: фамилия могла быть топонимической, то есть образованной от названия местности — хутора, поместья или урочища Катцендорн. В Германии встречаются микротопонимы с таким именем, хотя широко известного города или крупного села с этим названием нет. Если предки выехали из такой местности, фамилия просто указывала на «того, кто из Катцендорна».

В России эта фамилия почти не встречается в крестьянской или купеческой среде. Её носители — как правило, потомки немецких колонистов, которых Екатерина II и Александр I приглашали осваивать Поволжье, Новороссию и Закавказье. Немецкие фамилии на -дорн (ср. Дорн, Катцендорн, Хагедорн) характерны именно для этой волны переселения. Встречаются Катцендорны и среди обрусевших немцев, живших в Петербурге и Москве, — инженеров, врачей, аптекарей. Фамилия сохранила оригинальное написание, без русификации, что говорит о сравнительно позднем появлении в России и о том, что её носители долго держались своей культурной среды.

Словообразовательно фамилия стоит особняком: в русском языке нет продуктивных суффиксов, которые бы её обрабатывали, поэтому она осталась «чистой» немецкой основой. Это помогает сразу отличить её от фамилий, образованных от прозвищ с корнем «кот» (Котов, Кошкин) — там другая семантика и другая история. Катцендорн — не «кошачий», а именно «колючий, как кошачья лапа».