Фамилия Петербурцева хранит память о происхождении человека, и для её носителя это ценный источник семейной истории. Чаще всего её рассматривают как вариант фамилии Петербуржцева, которая образована от прозвища Петербуржец. Так могли назвать выходца из Санкт-Петербурга — города на северо-западе России, на берегу Финского залива Балтийского моря.

Название Санкт-Петербург в переводе с немецкого означает «город Святого Петра». Город назвали в честь Святого апостола Петра, небесного покровителя императора Петра I, который заложил его на берегу реки Невы. Прозвище Петербуржец закреплялось за человеком как наиболее употребительное именование, а со временем легло в основу фамилии Петербуржцев. Упрощение до формы Петербурцев — естественный шаг: сочетание «жц» в середине слова неудобно для произношения, поэтому оно стянулось до «ц». Такой переход встречается и в других фамилиях, образованных от названий городов на «-бург» или «-жск».

Санкт-Петербург имеет огромное историко-культурное значение, известен многочисленными памятниками архитектуры, театрами, музеями и образовательными учреждениями, за что снискал славу «культурной столицы» страны. Прозвище Петербуржец могло указывать не только на место рождения, но и на манеры, одежду или образ жизни, которые выделяли человека среди местного населения. В XVIII–XIX веках жителей столицы в провинции узнавали по говору, привычкам и поведению, поэтому прозвище закреплялось быстро и точно.

Суффикс «-ев» в фамилии Петербурцев — типичный для русских фамилий патронимический элемент, указывающий на принадлежность к роду: Петербурцев значит «сын Петербуржца». Форма Петербурцева — женский вариант той же фамилии, сохраняющий ту же основу. Родственные фамилии — Петербуржцев, Петербуржцева, а также более редкие Петербургский и Петербургова, которые могли возникать независимо, по модели фамилий на «-ский», характерной для дворянства и духовенства.

Правдоподобность версии о происхождении от прозвища высока: в русской ономастике множество фамилий, образованных от названий городов, — Москвин, Тверитин, Казанцев, Архангельский. Петербуржец в этом ряду — закономерное именование для человека, связанного со столицей. Альтернативная версия, возводящая фамилию к искусственному «благородному» образованию в подражание немецким фамилиям, менее убедительна: в русской среде такие формы обычно не упрощались до «-цев», а сохраняли полную основу.

Точных сведений о сословии первых Петербурцевых нет, но прозвищные фамилии такого типа встречались и среди крестьян, и среди мещан, и среди купцов. Прозвище Петербуржец могли дать человеку, который побывал в столице по торговым делам, на службе или отходничестве, а вернувшись, навсегда получил это именование. Со временем оно перешло к детям и внукам, закрепившись как фамилия, и сегодня Петербурцевы — потомки тех, кого когда-то отличали по связи с городом на Неве.