Фамилия Петялин образована от имени или прозвища Петяля — уменьшительной формы канонического имени Пётр. В основе лежит разговорный вариант Петя (с суффиксом -ял-), который в русских говорах давал производные вроде Петяля, Петяха, Петяша. Суффикс -ин указывает на принадлежность: «чей сын?» — Петялин. Это типичная модель для русских фамилий XIX века, особенно распространённая в северных и центральных губерниях: она фиксирует отчество или прозвище отца.

Пётр — одно из самых частых имён в православной традиции, поэтому фамилий на его основе множество: Петров, Петухов, Петрин, Петренко. Петялин выделяется редкостью суффикса -ял-, который в русской ономастике встречается нечасто. Аналогичные примеры — Колялин, Ванялин, но они ещё более редки. Это значит, что фамилия могла закрепиться в конкретной местности или даже в одном роду, где имя Петяля было семейным прозвищем.

Есть и другая, менее вероятная версия: от диалектного слова «петля» — в некоторых говорах так называли не только петлю для пуговицы, но и извилистый ручей, излучину реки. В этом случае Петялин могло быть прозвищем человека, жившего у такого места. Однако связь с именем Пётр более прямая и подтверждается типовой моделью фамилий на -ин.

Фамилия недворянская, скорее всего, крестьянская или мещанская. В дореволюционных источниках Петялины встречаются в переписях Вологодской и Костромской губерний — именно там уменьшительные формы имён с суффиксом -ял- были в ходу. Так что предки носителя фамилии, вероятно, были крестьянами из северных или поволжских регионов России.