Фамилия Петропавловских — редкий пример «географической» фамилии, оформленной не типичным суффиксом -ский, а патронимическим окончанием -их/-ых. Такая модель указывает на принадлежность к роду, выходцев из определённой местности: буквально «из рода тех, кто родом из Петропавловска». В русской ономастике фамилии на -их/-ых (Седых, Чутких, Петропавловских) традиционно закреплялись за семьями в северных и сибирских говорах, а также в среде казачества, где было принято называть человека по месту прежнего жительства.

Основа фамилии — топоним Петропавловск. Таких городов и сёл в Российской империи было несколько: Петропавловск в Казахстане (основан в 1752 году), Петропавловск-Камчатский (основан в 1740 году), а также множество деревень с церквями во имя святых Петра и Павла. Носитель фамилии Петропавловских — скорее всего, потомок переселенцев, которые перебрались в другое место и получили прозвище по покинутому городу. Если бы фамилия образовалась от названия храма или прихода, она бы звучала как Петропавловский — именно такую форму давали священнослужителям и их детям.

Интересно, что окончание -их/-ых почти не встречается у дворянских фамилий — оно характерно для крестьян и мещан, особенно в Вятской, Пермской, Архангельской губерниях и в Сибири. Поэтому Петропавловских — фамилия не «кабинетная», а живая, народная. Её носители, вероятно, были не основателями города, а его выходцами, и фамилия закрепилась как указание на родовое гнездо, а не на социальный статус. В современных справочниках эта фамилия встречается редко, что делает её особенно ценной для генеалогического поиска: каждый случай уникален и почти наверняка связан с конкретной волной переселения.