Los autores difieren en el origen de este apellido. A. Bongioanni lo deriva del nombre femenino Caterina —cuya forma masculina, Caterino, es antigua y rara, limitada al ámbito religioso—, que remonta a la santa Catalina de Alejandría, martirizada bajo el emperador Maximiano Daia. El nombre griego Hekateriné, de etimología oscura, fue asociado por etimología popular al adjetivo griego katharós, "puro", y adaptado en latín como Catharina; sin embargo, Bongioanni advierte que esta etimología popular no es aceptable, ya que santa Catalina de Alejandría es cronológicamente anterior a la difusión del adjetivo en ese sentido.

Según Bongioanni, el nombre se afirmó especialmente en el noreste de Italia, más abierto a las influencias orientales, primero por el culto a santa Catalina de Alejandría (siglos X-XII) y luego por el de santa Catalina de Siena (siglo XIV) y otras santas homónimas. Por su parte, E. Rossoni sostiene un origen distinto: considera que el apellido deriva de topónimos que contienen la raíz Caterina, como San Caterina Albanese, Santa Caterina —en el área salentina, es decir, la zona más meridional de la región de Puglia— o Santa Caterina dello Ionio, en la región de Calabria.