Фамилия Петрышева образована от имени Петрыш — народной, разговорной формы крестильного имени Пётр. В русской ономастике это редкий случай: к основе Пётр добавили суффикс -ыш, который обычно встречается в прозвищах (Малыш, Голыш) или в названиях детёнышей животных (гадёныш, зверёныш). Получается, что Петрыш — это не просто уменьшительное, а скорее прозвищное имя со значением «маленький Пётр» или «Пётр-кроха». Такая модель образования встречается нечасто, что отличает Петрышевых от более распространённых Петровых, Петрушиных или Петрищевых.

Суффикс -ев в фамилии указывает на принадлежность: Петрышев — сын Петрыша. Обычно такие фамилии закреплялись за крестьянами и посадскими людьми, где неофициальные именования бытовали повсеместно. В документах XVII–XVIII веков имя Петрыш фиксируется в северных и центральных губерниях — в новгородских, тверских и псковских землях. Там же стоит искать корни фамилии.

Версия о происхождении от прозвища Петрыш, связанного с диалектным словом «петрыш» (так в некоторых говорах называли петрушку — растение), менее убедительна. Для прозвищ по растениям характерны другие суффиксы (Петрушкин, Петрухин), а -ыш в этой роли почти не встречается. Поэтому основа на имени Пётр остаётся основной.

Фамилия встречается редко, в основном в России и Беларуси. Ударение, судя по говорам, падает на второй слог: Петры́шева.