Фамилия Катюков стоит в ряду русских фамилий, образованных от уменьшительных форм крестильных имён, и в этом смысле она прозрачна. В её основе лежит имя Катюк — так в народе называли человека, носившего каноническое имя Никита (через форму Никитюк) или, что вероятнее, Иоаким (в бытовом варианте Яким). Однако есть и более прямая версия: Катюк — это просторечная форма имени Катерина (Екатерина). Суффикс -юк характерен для южнорусских, украинских и белорусских говоров, где он заменял великорусский суффикс -ка. Таким образом, Катюков — это сын Катюка, то есть потомок человека, которого в быту звали ласково или сокращённо Катей.

Здесь важно не путать с фамилией Катюшкин, где основа — женское имя Катюшка. Катюк звучит более грубовато, по-мужски, и могло быть прозвищем мужчины, которого в шутку или по какой-то причине называли женским именем (такое встречалось в крестьянской среде, особенно если мать была властной или ребёнка растили бабушки). Впрочем, ономасты чаще склоняются к версии, что Катюк — это производное от мужского имени Кантемир или Кондрат, где первый слог «ка» дал уменьшительную форму. Но эта гипотеза держится на допущениях.

Географически фамилия Катюков тяготеет к югу России и Украине: её много в Воронежской, Ростовской областях, на Кубани. Встречается она и у донских казаков, что подтверждает её южнорусские корни. Суффикс -ов, а не -енко, указывает на то, что фамилия «обрусела» или была записана по великорусскому образцу при переписях. В отличие от фамилий Катюшкин или Катюхин, где суффикс -ин указывает на прямое родство с женщиной, Катюков — это фамилия патронимическая, от мужского прозвища.

Спорный момент: мог ли Катюк произойти от глагола «катить» или слова «каток»? Теоретически возможно, но маловероятно — для таких основ характерны суффиксы -ов/-ев (Катков, Катаев), а не -юк. Поэтому самая надёжная версия — имя собственное в уменьшительной форме. Фамилия не относится к числу редких, но и не массовая: её носители — в основном потомки крестьян и однодворцев южных губерний, где смешались русские и украинские антропонимические традиции.