Фамилия Катыкины, как и её мужская форма Катыкин, образована от прозвища Катыка. Основа здесь — тюркское слово «катык», которым называют кисломолочный напиток, распространённый у многих народов: от татар и башкир до болгар. В отличие от обычной простокваши, катык делают из кипячёного, а не сырого молока, причём молоко часто выпаривают на треть, чтобы повысить жирность. Сквашивается он 6–10 часов, иногда его подкрашивают свеклой или вишней. В Казахстане и Башкортостане катык подают как приправу к блюдам, заменяя уксус.

Скорее всего, первый носитель прозвища Катыка либо сам делал этот напиток на продажу, либо получил прозвище за любовь к нему. Суффикс -ин указывает на принадлежность: «чей?» — Катыкин, то есть сын или потомок Катыки. Такая модель типична для русских фамилий, образованных от прозвищ или имён, оканчивающихся на -а.

Фамилия Катыкины — не единичный случай. В том же словообразовательном гнезде есть фамилии Катыков (с другим суффиксом) и, возможно, Катышев, если в основе лежит вариант прозвища. Однако у Катыкиных именно суффикс -ин закрепил семейную форму множественного числа, что встречается реже, чем одиночная фамилия Катыкин.

В истории фамилии прослеживается восточный след, но это не значит, что её носители обязательно были тюрками по происхождению. Прозвище могло закрепиться в русской среде через торговые или бытовые контакты, особенно в Поволжье и Приуралье, где русские и тюркские народы веками жили рядом. Точное место и время возникновения фамилии можно установить только через глубокие генеалогические изыскания — без них любые утверждения остаются предположениями.