Фамилия Петлюков звучит энергично и даже немного воинственно, но её происхождение куда прозаичнее. В основе лежит не глагол «петлять», а прозвище или мирское имя Петлюк. Это уменьшительная форма от крестильного имени Пётр (от греческого «петра» — камень), образованная с помощью характерного для украинского и южнорусского говоров суффикса -юк. Таким образом, Петлюк — это «маленький Пётр» или «Пётр-сын», а Петлюков — «сын Петлюка».

Суффикс -юк в фамилиях — маркер западных и южных земель, прежде всего Украины и прилегающих областей России (Курская, Воронежская, Белгородская губернии). В отличие от стандартного русского патронимического суффикса -ов, модель на -юк указывает на более тесную, почти семейную связь с предком. Если в центральной России из имени Пётр делали фамилию Петров, то в Малороссии и на юге предпочитали «дробные» формы: Петренко, Петриченко, Петлюк. Фамилия Петлюков — это русифицированный вариант исходного украинского прозвища, которое «обрусело» при записи в официальные документы: к основе Петлюк добавили типичный русский суффид -ов.

Встречается и другая, менее вероятная версия: от прозвища Петля — так могли назвать хитрого, изворотливого человека, который «петляет» в разговоре или в делах. Однако против этого говорит морфология: от «петля» естественнее было бы образовать Петлёв или Петлин, а не Петлюков. К тому же, прозвище Петля редко становилось основой для фамилии, в отличие от имени Пётр, которое было одним из самых популярных в крестьянской среде.

Носители фамилии Петлюков — это потомки людей, которых в быту звали ласково Петлюк, то есть, скорее всего, младшего сына в семье или человека небольшого роста. Фамилия недворянская, а крестьянская или мещанская, и её география — преимущественно южные регионы России и Украина. Встречается она нечасто, что объясняется её «промежуточным» положением: она не прижилась как массовая украинская (из-за суффикса -ов) и не стала стандартной русской (из-за основы на -юк).