Фамилия Катырлов — редкий случай, когда в основе лежит не тюркское, а русское слово, хотя звучит она по-восточному. Корень здесь — «катыр», который в русских говорах означал «крутой, обрывистый берег», «овраг» или «глинистый обрыв». В словаре Владимира Даля это слово зафиксировано именно с таким значением, особенно для южных и волжских областей. Соответственно, прозвище Катырл могли дать человеку, жившему у такого обрыва, или тому, кто был крут нравом — «катыристый», то есть резкий, неуступчивый.

Суффикс «-ов» в фамилии указывает на типичную восточнославянскую модель: «чей?» — Катырлов, то есть сын или потомок Катырла. Менее вероятна, но возможна связь с тюркским «катыр» (мул, лошак) — в этом случае фамилию могли дать крепкому, упрямому человеку. Однако для тюркских основ в русских фамилиях чаще встречается конечное «-ев» (после мягких согласных), а здесь твёрдое «л» и «-ов» — довод в пользу русского корня.

Географически фамилия тяготеет к зоне распространения слова «катыр» — это Курская, Воронежская, Ростовская области. В этих краях овраги и балки называли «катырами», и фамилия могла возникнуть как топонимическое прозвище, независимо в разных сёлах. Сословный состав носителей, судя по архивным записям XIX века, — преимущественно однодворцы и государственные крестьяне, то есть свободное, но не знатное население южных окраин России.

Сравните с однокоренными фамилиями: Катырев, Катырин, Катырёв — все они связаны с той же основой, но различаются суффиксами. Катырлов стоит особняком из-за редкого суффикса «-л-», который в русских прозвищах встречается нечасто и обычно указывает на деятеля или носителя признака (ср. «крутил», «вертел»). Поэтому предок-носитель фамилии, скорее всего, был не просто жителем у оврага, а человеком, которого за крутой характер прозвали Катырлом — «обрывистым», «резким».