Фамилия Петрачев образована от имени Пётр через притяжательное прилагательное с суффиксом -ев. В русской ономастике суффиксы -ов/-ев указывают на принадлежность: Петрачев буквально значит «сын Петрака» или «потомок Петрака». Основа здесь не сам Пётр, а его производная форма Петрак — уменьшительно-ласкательный или разговорный вариант канонического имени. Такие усечённые имена с суффиксом -ак/-як были распространены в народной среде: Петрак, Ивак, Степак.

Словообразовательная цепочка простая: Пётр → Петрак → Петрачев. Фамилия относится к «патронимическому» типу, самому массовому в русском языке. По модели Б. Унбегауна, суффикс -ев присоединяется к основам на мягкий согласный или на -й, что и произошло: конечный -к в имени Петрак смягчился перед суффиксом, дав -чев.

Географически Петрачевы чаще встречаются в северных и центральных областях России, особенно в Вологодской, Архангельской и Костромской губерниях. Там имя Пётр в форме Петрак бытовало активно, а фамилия закрепилась в крестьянской среде. В документах XVII–XVIII веков встречаются упоминания крестьян Петрачевых из Тотемского уезда — это косвенно подтверждает северное происхождение.

Есть и альтернативная версия: фамилия могла возникнуть от прозвища Петрач, которое давали человеку, носившему имя Пётр, но с оттенком просторечия или даже иронии. Однако прозвищная версия слабее патронимической: суффикс -ев в русских фамилиях почти всегда указывает на отчество, а не на прозвище. Тем более что форма «Петрач» не фиксируется в древнерусских источниках как самостоятельное прозвище — в отличие от Петрака.

Фамилия Петрачев не принадлежит к дворянским или княжеским родам. Её носители — потомки крестьян, посадских людей, иногда однодворцев. В советское время фамилия не исчезла, но осталась малочисленной: по данным переписей конца XX века, Петрачевы живут в основном в Вологодской и Архангельской областях, а также в Москве и Санкт-Петербурге (как результат миграции).