Фамилия Петресёв — редкий случай, когда ударение ставится на последний слог, что сразу выделяет её среди похожих Петресов и Петрищевых. В основе лежит имя Пётр, но путь от имени к фамилии здесь не прямой, а через уменьшительную форму Петреса или Петрес. Суффикс -ёв указывает на принадлежность: Петресёв буквально значит «сын Петреса» или «человек из рода Петреса».

Сама форма Петреса могла возникнуть двумя путями. Первый — через греческое влияние: в греческом языке имя Пётр (Πέτρος) давало производные с окончанием -ес, и в южнорусских областях, где были контакты с греческим населением, такое окончание могло закрепиться. Второй, более вероятный для центральной России, — через народное переосмысление. Имя Пётр в разговорной речи могло обрастать суффиксами -ес или -еса для ласкательного или пренебрежительного оттенка, как Петряй, Петруня, Петруха. Петреса — это что-то вроде «Петрушка», но с другим суффиксом.

В документах XVII–XVIII веков фамилии на -ёв с таким корнем почти не встречаются. Это говорит о позднем оформлении фамилии, скорее всего, в XIX веке, и о её локальном бытовании. Географически Петресёвы тяготеют к югу России — к Ростовской области, Краснодарскому краю, а также к Белгородчине. Там же встречаются однокоренные Петресов и Петрисов, что подтверждает южнорусский диалектный след.

Социально носители фамилии, скорее всего, были крестьянами или однодворцами — людьми, которые несли сторожевую службу на южных границах и имели право на личную свободу, но не на владение крепостными. Такие фамилии часто фиксировались в ревизских сказках как «Петресов сын», а потом урезались до Петресёв. Имени Пётр в этом случае не придавали сакрального значения — имя было самым распространённым, и фамилия указывала не на святость, а на родство с конкретным Петром, которого в деревне звали Петреса.