Фамилия Петерский — один из тех случаев, когда географическое прозвище почти наверняка перевешивает все другие версии. Её основа — «Петер», что в русской народной традиции XVI–XVII веков было сокращением от названия города Санкт-Петербург. Жителей новой столицы в просторечии называли «петерцами» или «петерскими», а выходца оттуда — «Петерский». Суффикс -ск- в фамилиях такого типа указывает на принадлежность к местности: так образовывали прозвища для тех, кто переселился из другого города или края (сравните: Московский, Тверской, Рязанский).

Менее вероятная, но допустимая версия — от канонического имени Пётр через его разговорную форму «Петер». В этом случае фамилия должна была бы звучать как Петерский (от «Петр» + «-ский»), но это редкий путь: обычно от имени Пётр образовывали фамилии Петров, Петрухин, Петрищев. Форма на -ский в крестьянской среде чаще закреплялась за прозвищем, а не за прямым патронимом. Поэтому географическое происхождение выглядит убедительнее.

Интересно, что фамилия Петерский практически не встречается в центральных губерниях России. Основной ареал её бытования — северо-запад: Ленинградская, Псковская, Новгородская области. Это косвенно подтверждает версию о прозвище «петерский»: человек, переехавший из Петербурга в соседнюю губернию, получал такое прозвище от местных жителей. Позже оно закрепилось как фамилия у его потомков.

В дворянских родословных книгах фамилия Петерский не значится — она явно не относится к столбовому дворянству. Носители её были, скорее всего, из мещан, купцов или государственных крестьян, переселившихся в XIX веке из столицы в уезды. Встречается также вариант Петерской — с ударением на последний слог, что характерно для южнорусских говоров и украинского влияния, но для северо-запада это редкость.

Словообразовательно фамилия прозрачна: корень «Петер-», суффикс принадлежности «-ск-» и окончание «-ий». В дореволюционных документах её могли записывать через «ѣ» — Петерскій, но на происхождение это не влияет.