Фамилия Петаева — женская форма фамилии Петаев. В основе, скорее всего, лежит нецерковное имя или прозвище Петай. В старину на Руси так могли называть человека с петушиным характером: задиристого, заносчивого, любящего покрасоваться. Слово «петай» — диалектный вариант «петух» (в некоторых говорах, особенно на юге и западе России, «петух» звучало как «петай» или «петун»). Таким образом, фамилия образована по типичной модели: прозвище + суффикс -ев (Петаев), указывающий на принадлежность («чей?» — сын Петая).

Менее вероятная, но возможная версия — происхождение от канонического имени Пётр через его уменьшительную форму. В народе имя Пётр сокращали до Петя, Петька, а в некоторых говорах — до Пета. Если так, то Петаев — «потомок Пети». Однако суффикс -аев/-аев в этом случае встречается реже, чем традиционное -ин (Петин), поэтому версия с прозвищем от «петуха» выглядит убедительнее.

Фамилия редкая, географически тяготеет к южнорусским регионам и Поволжью. Встречается также у осетин, но там она, скорее всего, имеет другую, иранскую этимологию (от имени Пета или топонима). В русском контексте Петаевы — это потомки того самого «петая», человека с ярким, боевым нравом, чья фамилия сохранила память о его характере через века.