Окончил естественное отделение физико-математического факультета Санкт-Петербургского университета (1898), работал химиком и одновременно брал уроки теории музыки и композиции у композитора Николая Соколова. С 1906 г. публиковался как музыкальный критик в журналах «Золотое руно», «Аполлон», «Театр и искусство», «Северные записки», газетах «Речь», «Наша газета», «Современное слово» и др. С 1915 г. преподавал историю и теорию музыки на Музыкальных курсах Рапгофа, с 1916 г. в Петроградской консерватории (с 1919 г. профессор).
Каратыгину принадлежат вышедшие отдельными изданиями очерки творчества Александра Скрябина (1915), Франца Шуберта (1922), Модеста Мусоргского и Фёдора Шаляпина (1922, под одной обложкой) тематический обзор оперы Рихарда Вагнера «Парсифаль» (1914), книга «Рихард Штраус. От романтизма к реализму» (1922). Вместе со Всеволодом Всеволодским-Гернгроссом Каратыгин подготовил издание музыкальных материалов «Обряд русской свадьбы» (1922—1923), им также опубликованы неизданные произведения Мусоргского. Каратыгин написал ряд фортепианных пьес, музыку к спектаклям (в том числе к «Анатэме» Леонида Андреева).
Сборник статей Каратыгина под общим названием «Жизнь, деятельность. Статьи и материалы» был издан посмертно в 1927 г., том «Избранные статьи» вышел в 1965 г. с предисловием Юлия Кремлёва.
