Фамилия Петербурцев — это, скорее всего, упрощённый вариант фамилии Петербуржцев. Обе образованы от прозвища Петербуржец, которое давали выходцу из города на Неве. Разница в написании объясняется просто: сочетание «жц» в фамилии было неудобным для произношения, и со временем оно стянулось до «ц». Так что Петербурцев и Петербуржцев — родственные фамилии, разошедшиеся из-за особенностей живой речи.

Прозвище Петербуржец закрепилось за человеком, который перебрался в другой регион из Санкт-Петербурга. В XVIII–XIX веках, когда город стремительно рос и притягивал людей со всей империи, определить «питерского» по говору или манерам было нетрудно. Так и звали: «вон Петербуржец пошёл». Прозвище было настолько ёмким, что заменяло имя в обиходе, а потом легло в основу фамилии. Сын Петербуржца становился Петербуржцевым, а позже — Петербурцевым.

Само название города восходит к немецкому Sankt Petersburg, то есть «город Святого Петра». Имя апостола Петра выбрал Пётр I, считавший его своим небесным покровителем. Город заложили на берегу Финского залива Балтийского моря, в устье Невы, и он быстро приобрёл славу культурной и административной столицы. Для жителей других губерний Петербург был символом новой России, а человек, оттуда приехавший, автоматически получал прозвище, отражавшее его происхождение.

В словообразовательном плане фамилия проста: основа Петербур- + суффикс -цев, который указывает на принадлежность к роду. Это типичная модель для фамилий, образованных от прозвищ с окончанием -ец: как Торговцев от «торговец» или Охотцев от «охотник». Суффикс -ев здесь присоединяется к основе, оканчивающейся на мягкий согласный, что и даёт форму Петербурцев.

Отдельно стоит сказать, что фамилия не имеет отношения к дворянству или какому-то сословию — её носили люди разного звания, которых объединяло одно: их предок когда-то покинул Петербург и унёс с собой прозвище, ставшее родовым именем.