Фамилия Катюшена звучит необычно и сразу обращает на себя внимание нехарактерным для русских фамилий окончанием. Вопреки ожиданию, это не женский вариант мужской фамилии (вроде Катюшин), а самостоятельная форма, образованная по редкой модели.

В основе фамилии лежит имя Катюша — ласкательно-уменьшительная форма от имени Екатерина (через народное Катерина). Такие «домашние» имена часто становились прозвищами: так могли назвать человека, который был ласков, мягок характером, или же просто закрепилось за ним с детства. Однако ключевая особенность — суффикс -ен(а). В русских фамилиях этот суффикс встречается редко, в основном в северных и сибирских говорах, а также в украинской и белорусской традиции. Он указывает на принадлежность или происхождение: Катюшена — буквально «жена (или вдова) Катюши» либо «дочь Катюши». Такая модель типична для прозвищных фамилий, где основой служило не крестильное имя, а уличное или семейное прозвание.

Вероятнее всего, фамилия закрепилась как матроним — то есть по имени матери. В русской истории это случалось, если женщина вела хозяйство одна (после смерти мужа) или была заметной фигурой в общине. Менее вероятно, но возможно, что Катюшеной прозвали мужчину, который служил у барыни Катюши или был её крепостным — тогда суффикс -ен(а) означал бы «человек Катюши».

С географической точки зрения фамилия тяготеет к западнорусским и южнорусским областям, а также к Украине, где форма на -енко (Катюшенко) встречается чаще. Написание с одним «н» (Катюшена, а не Катюшенна) — орфографическая норма, закрепившаяся в документах XIX века.

Таким образом, носитель фамилии Катюшена, скорее всего, происходит из семьи, где родовое прозвище пошло от женщины по имени Катюша, и это редкий случай, когда фамилия сохранила не только имя, но и старую, почти исчезнувшую словообразовательную модель.