Фамилия Петровцева — женская форма, а мужская, Петровцев, образована от отчества, которое в свою очередь произошло от имени Пётр. Однако здесь не прямой суффикс -ов, а более сложная модель: Пётр → Петровец (так в старину могли называть сына или потомка Петра, либо «маленького Петра») → Петровцев. Суффикс -ец в основе указывает на принадлежность к роду или на уменьшительную форму, а добавление -ов/-ев превратило прозвище в стандартную русскую фамилию. По сути, Петровцев означает «сын Петровца» или «внук Петра».

Вероятнее всего, исходное прозвище Петровец давали не просто по имени, а по отцу: если отца звали Пётр, то его сына в быту могли называть Петровец (подобно тому, как от Ивана делали Ивановец). Такая модель встречается в северных и центральных русских говорах, особенно в бывших новгородских землях. Географически фамилия Петровцев чаще встречается на Урале и в Сибири, куда переселенцы из Русского Севера принесли этот тип фамилий. В отличие от распространённого Петров, фамилия Петровцев гораздо реже — она не попала в массовые списки дворянства и мещанства, что говорит о её крестьянском или посадском происхождении.

Словообразовательный угол здесь интересен тем, что двойной суффикс (-ец + -ов) встречается нечасто: он характерен для фамилий, которые закрепились в письменных источниках позже, в XVII–XVIII веках, когда отчества на -ец уже выходили из употребления, но их успели «одворянить» стандартным патронимическим суффиксом. Поэтому Петровцева — не просто вариант Петрова, а свидетельство более поздней и локальной фиксации фамилии.

Никакой связи с ремеслом или прозвищем по характеру здесь нет — основа исключительно именная. Спорных версий, вроде связи с «петровцем» как последователем Петра Первого или членом религиозной секты, не выдерживают критики: такие прозвища появились бы не раньше XVIII века, а фамилия, судя по модели, сложилась раньше.