Фамилия Петрыгин образована по одной из самых распространённых в русской ономастике моделей: основа плюс суффикс -ин. Этот суффикс указывал на принадлежность: Петрыгин — значит «сын Петрыги» или «человек из дома Петрыги». Сама основа, Петрыга, — это неканоническая, обиходная форма крестильного имени Пётр. В русских говорах имя Пётр дробилось на десятки уменьшительных вариантов: Петруня, Петруха, Петруша, Петряй, Петрыня и, наконец, Петрыга. Суффикс -ыг- в данном случае — редкий, но не уникальный: он встречается в фамилиях Жилыгин, Ковыгин, Корыгин и обычно придаёт основе оттенок просторечия или пренебрежения. Так что Петрыга — это не ласковое, а скорее бытовое, «домашнее» прозвище Петра.

В отличие от фамилий на -ов/-ев, которые чаще носили крестьяне и духовенство, фамилии на -ин в центральной России были типичны для посадского населения, ремесленников и мелких служилых людей. Однако Петрыгин мог возникнуть и в крестьянской среде: в документах XVII–XVIII веков встречаются аналогичные образования от уменьшительных имён, когда отчество закреплялось за целым родом. Географически фамилия тяготеет к северо-востоку — её фиксируют в старых переписях Вятской, Пермской и Костромской губерний. В Вятском крае, например, имя Пётр было одним из самых популярных, а местный говор охотно «урезал» имена до формы с -ыга.

Споров вокруг этимологии почти нет: корень прозрачен. Редкая версия, что Петрыга могло быть не от имени, а от прозвища, связанного со словом «петрыга» в значении «небольшая птица» (по аналогии с «петух»), не выдерживает критики — такого слова в русских диалектах не зафиксировано. Гораздо правдоподобнее, что фамилия — прямой потомок канонического имени, просто в необычной огласовке.

Если сравнивать Петрыгина с однокоренными Петровым, Петруниным или Петряевым, то разница — в социальном оттенке. Петров — фамилия «стандартная», часто дворянская или церковная. Петрыгин — более «народная», деревенская, с налётом фамильярности, которую давал суффикс -ыг-. Носитель фамилии мог быть потомком того самого Петрыги, которого в документах записывали не полным именем, а так, как звали в быту: «Петрыга, сын Иванов».