Фамилия Петельгузова — редкий случай, когда в основе лежит составное прозвище Петельгуз, собранное из двух самостоятельных слов. Первая часть — «петля», вторая — «гуза». Если с петлёй всё более или менее ясно (это и нить, сложенная мочкой, и элемент крепления), то «гуза» требует пояснения. В старых говорах и в языке поморов так называли кормовую часть лодки, её задний срез. Поэтому прозвище могло родиться в среде, тесно связанной с водой и промыслом.

Самая вероятная версия связывает Петельгуза с военным делом. В старину на мундирах нашивали множество петель — не только как украшение, но и как знаки отличия, за которые цепляли награды. Солдата или офицера, щеголявшего такой отделкой, односельчане легко могли окрестить Петельгузом, вложив в это прозвище долю насмешливого уважения. Слово «гуза» здесь выступает не как «корма», а как диалектное обозначение зада, задней части — то есть прозвище буквально означало «петля на заду», что звучало метко и необидно.

Вторая версия отсылает к ремеслу. Петли делали не только портные: навесы, крепления, кожаные петли для упряжи — всё это требовало умельца. Так могли назвать мастера, который «петлял», то есть шил, плёл или навешивал. А если соединить это с «гузой» как кормой, то прозвище доставалось рыбаку или судоремонтнику, который возился с кормовыми креплениями лодки. Эта гипотеза правдоподобна для северных регионов, где слово «гуза» в значении «корма» было в ходу.

Сам суффикс -ов- в фамилии указывает на притяжательную модель: Петельгузова — это «дочь или жена Петельгуза», а изначально — «из семьи Петельгузовых». Такая форма типична для русских фамилий, закрепившихся за потомками человека с прозвищем. Со временем прозвище забылось, а фамилия осталась, сохранив память о предке — то ли служивом, то ли ловком мастере, чью внешность или занятие подметили соседи.