Фамилия Петроградова — редкий случай, когда географическое название попало в фамилию почти без изменений, но с неожиданным суффиксом. В основе лежит «Петроград» — название Санкт-Петербурга с 1914 по 1924 год. Однако фамилия могла появиться и раньше этого переименования: Петроградом в бытовой речи и в некоторых документах называли город, основанный Петром I, ещё в XVIII–XIX веках.

Обычно топонимические фамилии образуются с суффиксом -ский (Петроградский), но здесь мы видим суффикс -ов, характерный для фамилий от личных имён и прозвищ. Это наводит на мысль, что Петроградов — не прямое указание на жителя города, а прозвище человека, который имел к Петрограду особое отношение: например, был выходцем оттуда, служил там долгое время или получил это прозвище за петербургские манеры. В русской ономастике известна модель, когда прозвище по месту жительства закреплялось в форме притяжательного прилагательного на -ов: Петроградов буквально означало «сын (или человек) Петрограда».

Женская форма Петроградова — это не отдельная фамилия, а грамматическое изменение: так в официальных документах записывали женщин и детей. Мужская форма — Петроградов.

Фамилия встречается крайне редко и имеет явную северо-западную привязку — Ленинградская область, Санкт-Петербург, Псков. В дореволюционных метрических книгах её почти нет, что косвенно указывает на позднее оформление: большинство носителей могли получить фамилию уже в советское время, когда паспортизация закрепила прозвища. Единичные случаи зафиксированы на Урале и в Сибири — туда фамилию могли привезти переселенцы или ссыльные.

Сравнение с однокоренными фамилиями показывает, что Петроградова стоит особняком. Петроградский — более массовая и логичная форма, она встречается у дворян и духовенства. Петроградов же — скорее народная, крестьянская или мещанская фамилия, возникшая в среде, где топоним воспринимали как личное прозвище. Спорных версий здесь нет: связь с именем Пётр через «Петров град» прозрачна, а альтернативные объяснения (например, от забытого слова «петроград» как рода деятельности) не подтверждаются ни словарями, ни историческими документами.