Фамилия Катурбаева — яркий пример русской фамилии, образованной по тюркской модели. Её основа, скорее всего, восходит к прозвищу или имени Катурбай, где «бай» — титул, означающий «господин», «богач», «хозяин». Первая часть, «Катур», может иметь несколько значений. Вероятнее всего, это вариант тюркского слова «катыр» (упрямый, твердый) или же диалектное «катур» — «мул» (помесь лошади и осла). Таким образом, прозвище Катурбай могло означать либо «упрямый, несгибаемый хозяин», либо, в более шутливом ключе, «мул-богач». Вторая версия — это искаженное арабское имя Кадыр (всесильный, могучий), которое в тюркской среде могло звучать как Катыр или Катур.

Фамилия оформлена русским патронимическим суффиксом -ев, который присоединяется к основам, оканчивающимся на согласный (в данном случае на «й», который в русской записи перешел в мягкий знак). Типичная модель: прозвище отца (Катурбай) → «сын Катурбая» (Катурбаев) → его жена или дочь (Катурбаева). Окончание -а указывает на женский род: это «чья?» — Катурбаева жена или дочь.

Фамилия редкая и географически привязана к регионам, где исторически смешивались тюркские и славянские народы. Её носительницы встречаются в Оренбургской, Челябинской областях, в Башкортостане и Татарстане. Это говорит о том, что предки Катурбаевых были, скорее всего, башкирами, татарами или казахами, которые в XVIII–XIX веках получали русские фамилии при крещении или при переходе к оседлому образу жизни.

В отличие от распространенных фамилий на -ов/-ев, у Катурбаевой нет варианта с «твердым» написанием (Катурбаев — единственная мужская форма). Это делает фамилию прозрачной с точки зрения происхождения, но не допускает путаницы с иными корнями. Если сравнивать с однокоренными, например, с фамилией Кадырбаев, то Катурбаева стоит ближе к народной, диалектной речи, где «катур» могло быть местным произношением арабского «кадыр».