Фамилия Петрели — редкий для России случай, когда греческая модель фамилии сохранилась без русификации. В большинстве русских фамилий греческие корни переоформлялись суффиксами -ов или -ин (Петров, Петрин), но Петрели осталось в исходном виде: это фамилия на -ли, характерная для понтийских греков и греков Приазовья. Основа — имя Пётр (греч. Πέτρος, «камень»), а формант -ли (от тюркского -лы/-ли) обозначает принадлежность: «из рода Петра», «Петров сын». То есть фамилия означает «относящийся к Петру» или, буквально, «Петров», но на тюрко-греческий манер.

Путь фамилии в русский язык связан с переселениями греков в Российскую империю в XVIII–XIX веках. Массовые миграции из Османской империи, особенно после русско-турецких войн, привели к появлению греческих общин в Крыму, Мариупольском уезде, Одессе. Там фамилии на -ли были обычны: Папазоглу, Хаджили, Карапетли. Петрели — вариант от имени Пётр, адаптированный под местные говоры. Встречается и написание Петрелли (с удвоенной «л») — это итальянское влияние, но для греческой фамилии двойное «л» нехарактерно, скорее это опечатка или позднее искажение.

С точки зрения словообразования, фамилия состоит из двух частей: корень Петр- и суффикс -ели (вместо -ли). Удлинение на «е» — особенность произношения: в греческих диалектах Малой Азии и Причерноморья форма «Петрели» могла возникнуть как стяжение от «Петр-ели» (где -ели — притяжательный аффикс). Аналог — фамилия Георгиади (от Георгий) или Христофоров, перешедшая в Христофориди. Социально носители фамилии были в основном горожанами, ремесленниками или торговцами, реже — крестьянами, так как греческие переселенцы селились компактно и часто сохраняли ремёсла.

Спорных версий немного: иногда пытаются вывести Петрели от грузинского «петрели» (что по-грузински означает «Петрович»), но это совпадение. Грузинская фамилия Петрели существует, но она образована от имени Петре (Пётр) с суффиксом -ели, указывающим на происхождение, и встречается в основном в Западной Грузии. Однако в русском контексте фамилия почти наверняка греческая, так как массово фиксируется в документах греческих общин XIX века, а не в грузинских метриках. Сегодня Петрели — редкая фамилия, её носители рассеяны по России и Украине, но наибольшая концентрация остаётся в Краснодарском крае и Ростовской области — регионах, куда греки переселялись при Екатерине II.