Фамилия Петрусьев — редкий пример того, как церковное имя обрастает уменьшительно-ласкательными формами и закрепляется в виде отчества. В основе лежит каноническое имя Пётр (от греческого «петрос» — камень). Но если от Петра пошли массовые Петровы, то Петрусьев образован от народной, разговорной формы Петрусь. Это ласковое или бытовое именование человека по имени Пётр, распространённое в южнорусских и украинских говорах (ср. Петрусь — аналог Петрушки, Петруни).

Суффикс -ев указывает на типичную модель русской фамилии: «чей?» — Петрусьев, то есть сын Петруся. Так закрепилось отчество, которое позже стало наследственной фамилией. В отличие от фамилий на -ин (Петрушин), здесь работает притяжательная модель с суффиксом -ев, характерная для основ на мягкий согласный или -ь.

Интересно, что форма Петрусь почти не встречается в официальных документах XVII–XVIII веков — это скорее обиходное, деревенское прозвище. Поэтому Петрусьевых исторически немного: фамилия не попала в массовые списки дворянства или купечества. Её носители — скорее всего, выходцы из крестьянской или мещанской среды юга России, Украины или Белоруссии, где имя Пётр в быту регулярно «смягчали» до Петруся.

С точки зрения словообразования, это «полуотчество»: фамилия застыла на стадии, когда отчество ещё не стало фамилией в привычном понимании, а лишь указывало на прямого предка. В этом Петрусьев близок к фамилиям типа Иванцев, Сергусев, Гаврильев — все они образованы от уменьшительных форм имён, которые сейчас воспринимаются как архаичные.

Встретить фамилию сегодня можно редко, в основном в центральных и южных областях России, а также среди потомков переселенцев. Написание с двумя «с» (Петрусьев) — единственно верное: основа Петрусь, суффикс -ев. Вариант Петрусев (с одной «с») — ошибка, хотя в бытовой записи XIX века такое упрощение случалось.