Фамилия Катюева образована от мужского имени или прозвища Катюй, а тот, в свою очередь, — от крестильного имени Касьян (в народной форме Катюй). Здесь мы сталкиваемся с любопытным фонетическим изменением: в диалектах южнорусских и некоторых среднерусских говоров начальное «ка-» могло переходить в «ко-», но в данном случае, наоборот, «Касьян» через форму «Катюй» дало прозвище. Уменьшительно-ласкательный суффикс -юй (как в «батюй» от «батя») указывал на младшего, возможно, сына Касьяна или человека с мягким, покладистым характером.

Суффикс -ев в фамилии указывает на принадлежность: «чей?» — Катюев, то есть сын или потомок Катюя. Формант -ев, а не -ов, объясняется тем, что основа оканчивается на мягкий согласный (в данном случае — й). Это стандартная модель для русских фамилий, восходящая к притяжательным прилагательным.

Географически фамилия редкая, её очаги, скорее всего, находятся в регионах, где бытовала диалектная форма «Катюй» — возможно, в Рязанской, Тамбовской или Воронежской областях. Встречается и вариант с ударением на последний слог — Катюева́, что характерно для некоторых южнорусских говоров. Прямых параллелей с другими фамилиями от того же корня мало: можно вспомнить разве что Катюшкин или Катюхин, но они образованы от других уменьшительных форм.

Таким образом, предок носителя фамилии Катюева — человек по имени Катюй, скорее всего, из крестьянской или мещанской среды, где имена часто усекали и переделывали на свой лад. Никакой связи с «катюшей» (женским именем или оружием) здесь нет — это чисто мужская основа.