Фамилия Катюшкина образована от имени Катюшка — народной, бытовой формы крестильного женского имени Екатерина. В основе имени лежит греческий корень, означающий «чистая» и «непорочная». Однако важно уточнить: фамилия не перешла напрямую от матери к детям как отчество. В русской традиции фамилии на -ин образовывались от прозвищ или имён, называющих женщину, но принадлежали они, как правило, мужчине — главе семьи. То есть Катюшкин — это ответ на вопрос «чей?»: сын или муж Катюшки.

Суффикс -ин в данном случае указывает на принадлежность, и это одна из самых распространённых моделей в северных и центральных регионах России. Фамилия Катюшкина — женская форма, носительница которой, скорее всего, является потомком того самого Катюшкина по мужской линии.

Словообразовательно фамилия прозрачна: основа Катюшк- плюс суффикс -ин. Уменьшительно-ласкательный суффикс -юшк- (от Катя → Катюша → Катюшка) характерен для народной речи и встречается в фамилиях, образованных от имён Ванюшка, Маришка, Дарьюшка. В отличие от фамилий на -ов/-ев, которые чаще образовывались от полных или официальных форм имени, Катюшкина несёт оттенок семейной, домашней среды.

Процесс закрепления фамилий в крестьянской среде завершился в основном к концу XIX века, поэтому окончательно говорить о точном месте и времени возникновения рода Катюшкиных можно лишь на основании генеалогических изысканий. Однако географически фамилия встречается в Тверской, Ярославской и Вологодской областях — именно там модель на -ин особенно распространена, а имя Екатерина в форме Катюшка бытовало вплоть до XX века.