Фамилия Петушенков образована по редкой для русских фамилий модели — от прозвища с уменьшительным суффиксом -енк-, который в русском языке встречается в основном в украинской и белорусской традиции. В русском ономастиконе суффикс -енк- обычно указывает на «малого» или «сына» (как Петрушенко — сын Петруши), а затем к нему добавили русский патронимический суффикс -ов, чтобы приспособить фамилию к великорусскому типу. То есть исходная форма — Петушенко, а Петушенков — её русифицированный вариант. Такие «гибридные» фамилии часто встречаются в пограничных регионах — на юге России, в бывших Слободской Украине и Новороссии, где смешивались украинские и русские говоры.

Основа фамилии — прозвище Петушок или Петушенок. В старину петуха давали человеку за драчливость, задиристость, громкий голос или манеру держаться. Прозвище могло быть ироничным — для невысокого, но амбициозного мужчины. Реже — профессиональным: так могли назвать того, кто разводил или торговал петухами, либо сторожа, который встречал утро криком. В документах XVI–XVII веков прозвище Петух встречается часто, а его уменьшительные формы — Петушок и Петушенок — фиксируются в писцовых книгах и ревизских сказках.

Словообразовательная цепочка выглядит так: Петушенок (прозвище) → Петушенко (сын Петушенка, в украинской традиции) → Петушенков (русификация фамилии). Суффикс -ов добавляли при переписях или при переселении в центральные губернии, чтобы фамилия звучала привычно для русского уха. В отличие от фамилий Петухов или Петушков, где суффиксы -ов и -к- типичны для русского языка, Петушенков выдаёт южное происхождение или миграцию предков.

Данных о сословной принадлежности Петушенковых мало, но по модели образования фамилия явно крестьянская или мещанская. Дворянские фамилии редко строились от таких бытовых прозвищ с уменьшительным суффиксом — это народная ономастика. Найти Петушенковых можно в архивных записях Курской, Воронежской, Харьковской губерний, а также среди переселенцев на Кубань и в Сибирь. В современной России фамилия встречается редко, что подтверждает её локальный характер.