Фамилия Петилинский — редкий пример, где географическая привязка почти наверняка перевешивает прозвищную или имениную основу. Вопреки интуиции, её корень не в уменьшительной форме имени Пётр (Петя, Петилька), а в названии населённого пункта. Суффикс -ский в русских фамилиях — главный маркер дворянского или шляхетского происхождения, но только если фамилия образована от вотчины. У Петилинских, скорее всего, иной путь: -ский здесь указывает на выходца из места, а не на владельца.

В основе лежит топоним Петилино или Петилин — такие деревни и хутора встречаются в Тверской, Смоленской и Псковской областях. Название селения, в свою очередь, восходит к прозвищу Петила. Это нестандартная форма от имени Пётр или, что менее вероятно, от глагола «петить» (в диалектах — «заботиться», «холить»). В ономастиконе Веселовского встречается похожая модель: Петила — как уменьшительное, но с суффиксом -ила, который в древнерусских именах придавал оттенок деятеля (ср. Косилка, Плаксила). То есть Петила могло означать «тот, кто пестует», «нянчит», что для прозвища вполне естественно.

Сама же фамилия Петилинский — это типичный «выезжий» вариант. Так в XVI–XVII веках называли человека, который переселился из Петилина в другое место, особенно при переписи или записи в служилое сословие. В польской и западнорусской традиции топонимические фамилии на -ский присваивали даже незнатным людям, если те были выходцами из определённой местности. Поэтому Петилинский — не обязательно потомок помещика; скорее предок был крестьянином или однодворцем, который взял фамилию по родной деревне при составлении ревизских сказок.

В написании фамилии обращает на себя внимание мягкий знак в середине: ПетилИнский, а не ПетилЕнский или ПетИлинский. Это указывает на устойчивую основу Петил- (с ударением на второй слог), а не на вариант через «е» (Петелинский), который мог бы возникнуть от фамилии Петелин. Такая орфография — дополнительный аргумент в пользу того, что корень не в имени Пётр напрямую, а в прозвище или названии, где «и» закрепилось исторически.

Носителей фамилии сегодня немного, и они сосредоточены в основном в центральной России и на северо-западе, что совпадает с ареалом возможных топонимов. Встречаются также варианты Петелинский — это, скорее всего, результат поздней унификации написания или ошибки писаря.