Фамилия Петельгуз — редкий пример фамилии, образованной не от профессии или имени, а от прозвища, которое звучит как сложное слово-определение. В её основе лежит глагольная конструкция: «петель» (от «петлять», «делать петли») и «гуз» (диалектное или устаревшее слово, обозначающее заднюю часть тела, круп животного, либо, в переносном смысле, «гузно» — зад). Таким образом, прозвище Петельгуз могло означать человека, который при ходьбе «петляет задом» — например, из-за хромоты, особой походки или привычки вилять бёдрами. В народной речи такие прозвища давались метко и без злого умысла, часто закрепляясь за целым родом.

С точки зрения словообразования, фамилия стоит особняком: в ней нет типичных русских суффиксов -ов, -ин или -ский. Это так называемая «застывшая» форма прозвища, которая перешла в фамилию без изменений. Подобный тип встречается в украинской и белорусской ономастике, а также в южнорусских говорах, где прозвища-предложения (вроде «Убейвовка», «Забейхвост») нередко становились фамилиями. Второй компонент «гуз» — слово исконно славянское, родственное польскому «guz» (шишка, выпуклость) и чешскому «huz» (задняя часть). В русских диалектах оно фиксируется в значении «гузка» (куриный зад) или «гузно» — так что прозвище могло бытовать в крестьянской среде, где люди не стеснялись прямой физической характеристики.

Географически фамилия Петельгуз встречается крайне редко, в основном в документах XIX — начала XX века на территории бывшей Черниговской губернии и в южных уездах России. Это наводит на мысль, что фамилия могла возникнуть в среде однодворцев или государственных крестьян, где прозвища передавались по наследству без переоформления через суффиксы. В отличие от дворянских фамилий, она не попала в гербовники и не получила книжного осмысления — осталась живым слепком народной речи.

Спор о значении иногда смещается в сторону версии, что «петель» — это не глагол, а уменьшительное от «петля» (петля для ловли птиц или элемент одежды). Тогда Петельгуз мог быть человеком, который воровал или чинил петли на штанах («гуз» как задняя часть одежды). Однако эта версия слабее: в русских говорах «гуз» редко относится к одежде, а сочетание «петля для гуза» звучит искусственно. Основная гипотеза — физическая характеристика — подтверждается аналогичными фамилиями вроде Кривогуз, Держигуз, где второй корень неизменно указывает на часть тела.