Фамилия Петрусин образована от имени Петруся — уменьшительной формы крестильного имени Пётр. В русском обиходе имя Пётр, пришедшее из греческого (petros — «камень»), дало множество производных форм: Петруха, Петруша, Петряй, Петруня, Петруся. Именно последняя, Петруся, и стала основой фамилии. Суффикс -ин указывает на принадлежность: Петрусин буквально означает «сын Петруси» или «из семьи Петруси». Эта модель — самая распространённая в русских фамилиях, особенно на севере и в центральных областях, где -ин конкурировал с -ов.

Примечательно, что в отличие от фамилий Петрушин или Петрухин, которые встречаются чаще, Петрусин сохраняет более редкий вариант основы. В говорах форма Петруся могла звучать мягче, что и закрепилось в написании. Если бы фамилия происходила от слова «петрушка» (огородная зелень), скорее всего, она выглядела бы как Петрушкин — с суффиксом -к- и окончанием -ин. Поэтому версия с растением маловероятна, хотя народная этимология иногда связывает фамилию с зеленью, особенно в южных регионах.

Географически фамилия тяготеет к западным и юго-западным областям России, а также к Беларуси, где уменьшительная форма Петруся была особенно употребительна. В документах XVIII–XIX веков Петрусины встречаются среди крестьян и мещан Смоленской, Могилёвской и Черниговской губерний. Сословно это преимущественно крестьянская фамилия: имя Пётр было одним из самых распространённых в простонародье, а уменьшительные формы использовались в быту повсеместно.

С точки зрения ономастики, Петрусин — пример так называемой «полуотчества»: фамилии, которая застыла на стадии отчества, но без полного перехода в -ович. Такие фамилии часто возникали в среде, где не было строгой фиксации трёхчленной формулы «имя-отчество-фамилия». Поэтому предок носителя фамилии мог быть просто Петруся, сын Петра, и это прозвище со временем стало наследственным.