Фамилия Петроман — редкий случай, когда фамилия образована не от имени или прозвища, а от сложного слова греческого происхождения. В основе лежит имя Пётр (от греч. petros — «камень») и вторая часть «-ман», которая в русском языке обычно означает одержимость, страсть или приверженность. Таким образом, Петроман — это человек, которого в шутку или всерьёз называли «одержимым Петром», «петроманом»: возможно, страстным почитателем святого Петра, либо человеком, который слишком часто упоминал это имя, или же тем, кто носил имя Пётр и проявлял к нему фанатичную привязанность.

Словообразовательная модель нестандартна: суффикс нулевой, фамилия застыла в форме прозвища без типичных русских окончаний -ов, -ев, -ин. В русской ономастике такие фамилии — большая редкость, они чаще встречаются у духовенства или в среде, где было модно давать «книжные», греко-латинские прозвища. Вторая часть «-ман» не имеет отношения к немецкому Mann («человек»), а является прямым заимствованием греческого суффикса -мания, который в XVIII–XIX веках активно входил в русский язык через научную и церковную лексику (ср. «библиоман», «меломан»).

Географически фамилия почти не встречается в массовых базах, что указывает на её единичное, возможно, искусственное происхождение. Скорее всего, Петроман — это семинарская фамилия, которую давали ученику, выделявшемуся особым рвением к изучению жития апостола Петра или к церковным текстам о нём. В среде духовенства такие «говорящие» фамилии были обычной практикой: их придумывали наставники, чтобы охарактеризовать склонности воспитанника.

Альтернативная версия, что фамилия могла возникнуть от смешения тюркского корня с именем Пётр, маловероятна: вторая часть «-ман» в тюркских языках встречается, но сочетание с христианским именем даёт слишком натянутую конструкцию. Наиболее правдоподобно видеть в Петромане именно русскую книжную фамилию, несущую отпечаток эпохи, когда церковные школы сочиняли фамилии из греческих элементов.