Studiò musica con Antonio Ugolini, organista della cattedrale di Guastalla, poi, trasferitasi la famiglia a Modena quando aveva 13 anni, studiò pianoforte con Giuseppe Asioli, maestro di Bonifazio, e armonia con Michele Fusco. Nel 1831 entrò nel Conservatorio di Napoli, dove fu allievo di Zingarelli, ricevendo lezioni anche da Donizetti e Crescentini. Dopo gli studi si trasferì a Palermo, dove insegnò al Conservatorio di musica. Nel 1834 scrisse per il Teatro Nuovo di Napoli l'opera Il diavolo immaginario, che però non fu eseguita. Dal 1835 al 1836, indicato come Catalani, diresse "la Musica e l'Orchestra" nel R. Teatro della Munizione di Messina, città in cui fu anche "socio onorario dell'Accademia Filarmonica". Nel nov. 1835 concorse al posto di maestro di cappella del Comune di Fano, ma vincitore risultò Gaetano Mililotti. Nel 1837 si trasferì a Reggio Emilia come insegnante di musica e il 12 dic. presentò un Tantum ergo scritto in occasione della riapertura della chiesa dell'Immacolata di Guastalla. E' probabilmente di quell'anno il Galop che pubblicò a Parma con il litografo Corsini in un fascicolo di composizioni per pianoforte Un dono alle signore pel carnevale. Trasferitosi a Modena, scrisse per il Teatro l'opera Beatrice di Tolosa ma, anche questa, non fu eseguita. L'opera seria in 3 atti Carattaco su libretto di Antonio Peretti, venne rappresentata nel 1841 nella stagione di apertura del Teatro Nuovo, ed ebbe amare vicissitudini. Inclusa in cartellone all'ultimo momento, a seguito di un chirografo del duca Francesco IV, emesso dietro le 'suppliche' del musicista, fu interpretata come un'indebita intromissione: l'ordine rispettato, ma l'opera boicottata. Il Catelani venne accusato di torbide manovre, anche perché, dopo la prima, parte del pubblico riservò all'opera consensi sproporzionati: terminata la rappresentazione, gli interpreti furono accusati di disimpegno, insultati e aggrediti col lancio di sassi. L'opera resistette solo 3 sere, e l'autore, ripreso anche dal duca, si ritirò dalle scene teatrali. Nominato maestro della cappella ducale e della cattedrale (1847-1866), si dedicò alla musica sacra e da camera. Dopo l'Unità si interessò particolarmente dell'istituzione della Scuola governativa di musica. Noto e stimato da Rossini, con cui intratteneva rapporti amichevoli ricevendone apprezzamento e consigli compositivi (lettere conservate alla Biblioteca Estense) membro dell'Accademia di S. Cecilia di Roma, dal I gen. 1859 fu nominato direttore dell'Archivio musicale della Biblioteca Estense, dove dette prova di completezza della sua formazione e attività, ampia cultura, dimostrandosi "l'unica personalità musicale davvero completa presente a Modena nella prima metà del secolo". Ebbe rapporti epistolari anche con Gaetano Gaspari, bibliotecario del Liceo musicale di Bologna. Lasciò la sua biblioteca e il suo epistolario all'Estense di Modena. Collaborò con studi a riviste musicali, lavori all'epoca assai stimati: Notizie su padre Aron (1851); Notizie su Nicola Vincentini (1851); Epistolario di autori celebri in musica (GMM, 1852-1855); Bibliografie di due stampe ignote di Ottaviano Petrucci da Fossombrone (1856); Della vita e delle opere di Orazio Vecchi (GMM, Modena, 1858); Memorie della vita e delle opere di Claudio Merulo da Correggio (ivi, 1860; ripubblicate con aggiunte nel 1931: Mi: Bollettino Bibliografico); La vecchia cappella della Croce Estense (1860); L'Archivio Musicale del Duomo di Modena (GMM, 1861-1862); Delle opere di Alessandro Stradella esistenti nell'Archivio Musicale della Biblioteca Palatina di Modena (in "Atti e Memorie dell'Accademia di Modena",1866). Scrisse le Memorie autobiografiche, in cui elenca 124 composizioni (in L.F. Valdrighi, Modena, Musurgiana, 1893.