Фамилия Катышевская образована по самой распространённой в русском языке модели — от географического названия с помощью суффикса -ск-. Такие фамилии обычно получали дворяне по названию своего поместья или выходцы из сёл и городов, оканчивающихся на -ск, -цк. В основе здесь лежит топоним Катышево или Катышев. Сёла с таким названием есть в Вологодской области (Катышево в Вологодском районе) и в Кировской области. Именно от названия такого села и пошла фамилия — сначала как прозвище помещика или крестьянина, переселившегося из Катышева: «Катышевский» означало «тот, кто из Катышева».

Корень фамилии — Катыш. Это слово в русских говорах имело несколько значений. В вологодских и архангельских говорах «катыш» — это небольшой комок, скатанный шарик (например, хлебный катыш или комок снега). В переносном смысле катышом могли прозвать круглого, плотного человека или ребёнка. Встречается и другое значение — «катыш» как вид обрядового печенья или клёцка. Таким образом, возможно, что первым носителем фамилии был человек с прозвищем Катыш — по внешности или по роду занятий (например, тот, кто пёк катыши).

Женская форма Катышевская — это типичная «жена или дочь Катышевского». В русской традиции фамилии на -ский склоняются как прилагательные, поэтому в женском роде они принимают окончание -ая. Фамилия сравнительно редкая: она почти не встречается в центральных регионах России, зато характерна для северных и северо-восточных областей — Вологодчины, Кировской области, а также для Урала, куда переселенцы принесли её в XIX веке.

С точки зрения сословной принадлежности, фамилии на -ский могли носить как дворяне (по названию имения), так и крестьяне или мещане, переехавшие из одноимённого села. В случае Катышевской более вероятно крестьянское происхождение: село Катышево в Вологодской губернии было небольшим, и его жители получали фамилию по месту выхода при переписях или при переселении на новые земли.