Фамилия Петроус — редкий случай, когда греческое имя встретилось с латинским суффиксальным оформлением, но на русской почве. В основе лежит каноническое имя Пётр (от греческого «петрос» — камень, скала). Однако стандартная русская модель образования фамилий от этого имени даёт Петров, Петрищев, Петрухин. Петроус образована иначе: к основе Петр- добавили латинский суффикс -ус, который в европейских языках (особенно в польском, чешском, украинском) часто служил для создания фамилий от имён или прозвищ. В Речи Посполитой, а затем и в западных губерниях Российской империи, фамилии на -ус были распространены у духовенства и мещан: так, Петроус мог означать «потомок Петра» или «человек, связанный с Петром» — примерно как латинизированная форма Петрович.

Вероятнее всего, предок носителя фамилии был выходцем из западнорусских земель (современные Беларусь, Украина, Смоленщина) или из Польши. В польской ономастике фамилия Piotrus (Пётрус) встречается, а её русифицированный вариант Петроус закрепился при переходе в русское делопроизводство. Иной, менее вероятный путь — семинарская фамилия. В духовных училищах ученикам нередко давали звучные латинизированные фамилии, и Петроус могла возникнуть как «учёный» вариант от Петров, чтобы выделить будущего священника среди однофамильцев.

Словообразовательная модель проста: корень Петр- + суффикс -оус (в польском написании -óus, где ó читается как «у»). По звучанию фамилия напоминает латинское petrosus (каменистый), но это совпадение: прямое значение «каменистый» маловероятно, так как в русском языке нет традиции образовывать фамилии от прилагательных через латинский суффикс. Географически фамилия редкая и сегодня встречается в основном в центральной России и на юге — там, куда в XIX веке переселялись крестьяне и мещане из западных губерний.