Фамилия Петелькова — женская форма, а мужская, Петельков, образована по одной из самых распространённых в русском языке моделей: от основы на твёрдый согласный плюс суффикс -ов. Это указывает на то, что родоначальника звали Петелко или Петелько. Такое имя или прозвище в XVI–XVII веках было нередким в северных и центральных областях России, особенно в новгородских и вятских землях.

Корень здесь — «петель», то есть уменьшительная форма от «петля». Но что именно означало прозвище Петелко? Самая прямая версия — ремесленная. Петелкой могли называть портного или скорняка, который работал с петлями (застёжками, пуговичными отверстиями), либо мастера, делавшего силки и ловушки — охотничьи петли. В говорах слово «петелька» также имело переносное значение: так говорили о хитром, изворотливом человеке, который «петляет», уходит от прямого ответа.

Есть и менее очевидная, но правдоподобная версия, связанная с географическими названиями. В Вологодской и Архангельской областях встречаются деревни с названием Петельково, Петелино. В таком случае фамилия могла возникнуть не от прозвища, а от названия местности: крестьянин, переехавший в другое село, получал прозвание по прежнему месту жительства.

Важно отметить, что фамилия Петельков — не очень частая, но и не редкая. Она не принадлежала дворянским родам (в родословных книгах не значится), а бытовала в основном среди крестьян и мещан. Это типичная «деревенская» фамилия, где суффикс -ов указывает на принадлежность: «сын Петелка». В отличие от фамилий на -ин (типа Петелкин), форма на -ов подчёркивает, что основа мужского рода и заканчивается на -о, что для севернорусского диалекта вполне обычно.

Если сравнивать с однокоренными фамилиями — Петляев, Петлин, Петельников — то Петельков стоит ближе всех к исходному прозвищу, не усложнённому дополнительными суффиксами. Это говорит о том, что фамилия могла закрепиться раньше других, ещё в XV–XVI веках, когда прозвища только начинали переходить в наследственные именования.