Фамилия Петлинский — классический пример фамилии, образованной по польско-украинской модели с суффиксом -ский. Эта модель в XVII–XIX веках была особенно популярна среди шляхты и духовенства, а позже распространилась и на крестьянство, часто указывая на географическое происхождение человека.

В основе фамилии лежит топоним Петлин или Петлино. Таких названий в Восточной Европе несколько: село Петлин в Беларуси, деревня Петлино в Смоленской области России, а также ряд населенных пунктов на Украине. Человек, переехавший из такого места, получал прозвище «Петлинский» — то есть «тот, кто из Петлина». Со временем это прозвище закрепилось как фамилия, переходящая по наследству.

Возможен и другой, менее распространенный путь: образование от личного имени Пётр через уменьшительную форму Петля. В старину Петлей могли называть младшего сына или просто ласково обращаться к Петру. В таком случае фамилия Петлинский означала бы «потомок Петли», то есть внук или правнук человека по имени Пётр. Однако эта версия слабее: суффикс -ский редко присоединяют напрямую к уменьшительным именам, чаще это делают с географическими названиями.

Сословная принадлежность носителей фамилии могла быть разной. В Речи Посполитой Петлинские могли быть мелкой шляхтой, владевшей хутором Петлин. На территории Российской империи эта фамилия часто встречалась среди священников, которым после семинарии нередко давали «благозвучные» фамилии на -ский, образованные от названий сел. Встречались и крестьяне, получившие фамилию по месту жительства после отмены крепостного права в 1861 году.

Сегодня фамилия Петлинский не слишком распространена. Ее можно встретить в западных областях России, в Беларуси и на востоке Украины. Написание с двумя «н» (Петлинский) — нормативное для русского языка, хотя в польском варианте (Pietliński) сохраняется мягкость согласного.