Фамилия Петрофанов стоит в ряду русских фамилий, образованных от крестильных имён, но её словообразовательная форма необычна и сразу бросается в глаза. В основе лежит имя Пётр (от греческого «петрос» — камень), а вот суффикс -фанов — редкость. В русской ономастике гораздо привычнее суффиксы -ов, -ев, -ин. Откуда же взялось -фанов?

Наиболее вероятное объяснение: фамилия образована от прозвища или неканонической формы имени Петрофан. Такое имя могло возникнуть на народной почве как вариант имени Пётр с добавлением греческого элемента «фан» (от «файно» — являть, светить) или как переосмысление редкого крестильного имени Петроний, которое в просторечии могли переделать в Петрофана. В любом случае, суффикс -ов здесь присоединился к основе Петрофан-, что и дало современное звучание.

В отличие от фамилий вроде Петров или Петрин, Петрофанов — явление локальное и более позднее. Такие формы с двойным суффиксом или слиянием корня с дополнительным элементом характерны для северных и поволжских говоров, где крестьянские прозвища часто «наращивали» слоги. Например, в архангельских и вятских документах XVII–XVIII веков встречаются имена вроде Петрофан, Степафан, Ивафан — это народные переделки церковных имён, иногда с оттенком ласкательности или, наоборот, иронической фамильярности.

Сословно фамилия, скорее всего, крестьянская или мещанская. Дворянские роды с такой фамилией неизвестны, в списках служилых людей XVI–XVII веков она не фиксируется. Это значит, что предок Петрофановых — скорее всего, крестьянин или посадский человек, которого в документах записали по имени-прозвищу Петрофан, а потомки унаследовали отчество в форме фамилии.

Сравнение с однокоренными фамилиями: Петров — самая частая форма, Петраков — от производного Петрак, Петрашов — от южнославянского Петраш. Петрофанов стоит особняком: он не уменьшительный (как Петрухин или Петрушин) и не отчественный в чистом виде, а скорее прозвищный, с намёком на необычное, возможно, шутливое или диалектное именование предка. В современных справочниках фамилия встречается редко, что подтверждает её узкую географическую привязку — вероятнее всего, к северу или востоку Европейской России.