Фамилия Катюбеева — редкая и загадочная даже для специалистов по русским фамилиям. Её основа, «Катюбей», не встречается в современных словарях личных имён и прозвищ, что оставляет широкое поле для гипотез. Сразу отбросим очевидное: несмотря на начало «Кат-», прямое родство с именем Екатерина маловероятно. Суффикс -ей указывает скорее на тюркское или восточное происхождение основы, где он часто оформляет имена или титулы (сравните: Алей, Мамей, Ташей).

Самая правдоподобная версия ведёт к тюркскому имени или прозвищу Катыбей (или Котюбей), которое могло означать «твёрдый, крепкий господин» или «суровый бек». В таком случае фамилия образована по русской модели: к основе на -ей добавили стандартный патронимический суффикс -ев (Катюбеев), а затем женское окончание -а. Носительница фамилии — потомок человека по прозвищу Катюбей. В пользу этой версии говорит и география: фамилия Катюбеев (в мужском варианте) встречается в Поволжье и на юге России, в зоне активных русско-тюркских контактов.

Есть и альтернативное, хотя и менее вероятное, объяснение: основа могла произойти от диалектного глагола «катюбить» — в некоторых говорах так называли болтовню или пустую суету. Тогда Катюбеем прозвали говорливого или суетливого человека. Однако доказательств бытования такого слова в письменных источниках нет, поэтому версия с тюркским корнем остаётся основной.

Суффикс -еев в фамилии — не самый частый, но и не уникальный. Он характерен для фамилий, образованных от основ на -ей, -ай, -ый (Андреев, Тимофеев, а также от более редких: Матвеев, Агеев). Это указывает на то, что фамилия формировалась в среде, где прозвища и имена на «-ей» были в ходу, и закрепилась в письменных документах (например, в переписях или ревизских сказках) именно в такой форме. Сословная принадлежность предков неясна — фамилия могла принадлежать как крестьянам, так и служилым людям «по прибору», но вряд ли дворянам, так как в родословных книгах она не зафиксирована.