Фамилия Петыгин — наглядный пример того, как один суффикс меняет значение и происхождение. Она образована по модели, типичной для северных и центральных областей России: основа плюс суффикс -ин, указывающий на принадлежность «чей?». В основе лежит либо личное имя, либо прозвище.

Самая прямая версия — отчество от неканонического имени Петыга. В русских говорах «петыга» — человек, который часто и громко поёт, или же тот, кто говорит нараспев, монотонно. Прозвище могли дать завсегдатаю церковного хора, пастуху с рожком или просто словоохотливому соседу. Суффикс -ыг- в таких прозвищах — редкий, он встречается в диалектной лексике и придаёт слову оттенок пренебрежения или шутливости (сравните с «вертыга» — непоседа). Так Петыга становился «Петыгиным сыном», а затем и Петыгиным.

Менее вероятно, но возможно, что фамилия восходит к крестильному имени Петр. В некоторых говорах «Петыга» — одна из просторечных форм этого имени, наряду с Петька, Петруня. Однако в таком случае фамилия скорее имела бы форму Петин или Петькин. Форма Петыгин говорит в пользу прозвищного происхождения: она фиксирует именно диалектное слово, а не усечение от канонического имени.

Географически фамилия Петыгин редкая. Перепись XIX века фиксирует её в основном в Вятской и Пермской губерниях — регионах, где активно бытовали прозвища на -ыга. Там же встречаются однокоренные фамилии Петыгов, Петыгинский, которые могли возникнуть независимо в разных сёлах. За пределами этих мест Петыгины почти не встречаются, что подтверждает локальный характер прозвища.

Таким образом, предок современных Петыгиных, скорее всего, жил в северном или приуральском селе и получил прозвище за голосистость или манеру говорить. Фамилия сохранила редкий словообразовательный элемент и диалектную лексику, которая в современном языке почти исчезла.