Фамилия Петавкина — женская форма фамилии Петавкин, и её происхождение напрямую связано с мужским вариантом. В основе фамилии лежит нецерковное имя или прозвище Петавка. Чтобы понять его смысл, нужно разобрать словообразовательную цепочку: Петавка — это, скорее всего, уменьшительная форма от имени Петр (через промежуточные формы Петя, Пето, Петаня). В русских говорах суффикс -авк- встречается редко, но он известен: например, от имени Иван образовывалось прозвище Ивавка. Таким образом, Петавка могло быть ласкательным или бытовым именем для человека по имени Пётр.

Однако есть и вторая, не менее правдоподобная версия, связанная с диалектной лексикой. В некоторых южнорусских и украинских говорах слово «петать» означало «петь», «пищать» или «говорить тонким голосом». Отсюда Петавка — человек с тонким, писклявым голосом или тот, кто любит много говорить (сравните с фамилией Петухов, но с другим корнем). В пользу этой версии говорит тот факт, что фамилии, образованные от глаголов с суффиксом -авк-, нередко описывали особенности поведения или речи (например, Кричавка, Шептавка). Какая из версий вернее — сказать сложно, но обе указывают на то, что прозвище дали по личному качеству или по имени, а не по профессии.

Географически фамилия Петавкина редкая. Основной ареал её бытования — центральные и южные области России, особенно Воронежская, Ростовская области и Краснодарский край. Встречается она и на Украине, что подтверждает связь с южнорусскими говорами. Суффикс -ин в фамилии Петавкин указывает на принадлежность: «чей?» — Петавкин, то есть сын или потомок Петавки. Модель образования типична для русских фамилий, но редкая основа делает её непохожей на массовые фамилии вроде Петрова или Петухова.

В дореволюционных источниках фамилия не фиксировалась среди дворянства или купечества — скорее всего, это крестьянская или мещанская фамилия. В метрических книгах XIX века Петавкины встречаются в основном как государственные крестьяне и однодворцы. Сейчас носителей фамилии немного, и она сохраняет свою узнаваемость именно благодаря нестандартному окончанию основы.