Фамилия Петлеванов — редкий случай, когда в основе лежит не имя, не профессия и не внешняя черта, а глагольная форма с ярким оттенком действия. Её ядро — глагол «петлевать», то есть делать петли, завязывать петлёй, в переносном смысле — хитрить, изворачиваться, путать следы. В русских говорах слово имело и более конкретное значение: так называли способ вязания сети или особый вид плетения. Суффикс -ан- здесь указывает на лицо, которое постоянно или профессионально занимается названным действием: петлевать — петлеван — тот, кто петляет. А -ов добавилось уже при оформлении фамилии, по самой массовой модели русских фамилий (как Кузнецов, Плотников, но с другой основой).

Иными словами, Петлеванов — это «сын петлевана», то есть потомок человека, которого прозвали Петлеван за его манеру работать или вести себя. Кем конкретно был первый носитель прозвища — вопрос открытый. Самая прямая версия: мастер по изготовлению сетей, силок или петель для ловли зверей и птиц. В крестьянском быту такой человек ценился — умел сплести надёжную мережу или силок на зайца. Вторая, не менее правдоподобная версия: прозвище дали не за ремесло, а за характер. Петлеваном могли назвать изворотливого, уклончивого человека, который «петляет» в разговоре или в делах, уходит от прямого ответа. В этом случае фамилия — это застывшая характеристика, как Хитров, Лукавин или Вертков.

Географически фамилия тяготеет к центральным и северным губерниям России, где был развит промысловый лов рыбы и зверя сетями. Встречается она нечасто — это не массовая фамилия, а относительно редкая, что говорит о локальном происхождении от конкретного прозвища в одной местности. Интересно, что в некоторых говорах «петля» означала не только узел, но и изгиб реки, излучину. Если прозвище дали по месту жительства — «живущий на петле», то есть на крутом повороте реки, — то перед нами топонимическая версия, но она менее вероятна, так как модель образования «петлеван» (от глагола, а не от существительного «петля») всё-таки указывает на действие.

Словообразовательно фамилия стоит в одном ряду с такими, как Крючкованов (от крючковать), Мешкованов (от мешковать), Лукаванов (от лукавить). Суффикс -ан- в прошлом активно использовался для образования имён-характеристик, но к XIX веку почти вышел из употребления в этой роли, поэтому Петлеванов — архаичный тип фамилии, сохранивший древнюю модель именования по действию.