Фамилия Петрунова — женская форма фамилии Петрунов, а та, в свою очередь, образована от мужского личного имени Пётр с помощью редкого и интересного суффикса -ун-. В русском языке этот суффикс чаще встречается в прозвищах (ворчун, молчун, говорун) и обозначает носителя характерного действия или свойства. Применительно к фамилии он мог выполнять две функции: либо указывать на очень сильную привязанность к имени Пётр (Петрун — «большой Пётр» или «тот, кто постоянно поминает Петра»), либо, что вероятнее, служить прозвищем человека с «петровскими» чертами: упрямого, твёрдого, как камень (Пётр с греческого — «камень»).

Само имя Пётр пришло на Русь вместе с христианством и стало одним из самых распространённых. От него возникло множество фамилий: Петров, Петренко, Петраков, Петрищев — и вот Петрунов. Вариант с суффиксом -ун- встречается реже, чем стандартные -ов/-ев, поэтому фамилия Петрунова сохраняет оттенок прозвищного происхождения. В старину Петруном могли назвать не просто сына Петра, а человека с ярким, «петушиным» нравом или, наоборот, того, кто вёл себя по-петровски основательно.

Географически фамилия Петрунов (и, соответственно, Петрунова) тяготеет к центральным и северным областям России — Вологодчине, Архангельской области, а также встречается в Поволжье. В этих краях суффикс -ун- в прозвищах был особенно живуч. Социальный состав носителей, скорее всего, был крестьянским: в среде духовенства или дворянства предпочитали более «книжные» формы вроде Петровского. Таким образом, предки современной Петруновой — это люди, получившие фамилию по отцу или деду, которого в деревне звали Петрун, и это прозвище закрепилось за всем родом.