Фамилия Петюкин образована от имени Петя — народной, обиходной формы канонического крестильного имени Пётр. В русской ономастике такие «домашние» варианты (Петя, Петяй, Петюня, Петюха, Петюша) часто становились основой для фамилий, и Петюкин — один из характерных примеров. Суффикс -ин указывает на модель притяжательного прилагательного: «чей?» — Петюкин, то есть сын, потомок Петюка или Пети. В этом смысле фамилия стоит в одном ряду с Петюхиным, Петюниным, Петюшовым, но отличается от них суффиксальным оформлением: -юк- как нередкий вариант уменьшительной основы, встречающийся в северных и центральных говорах.

Интересная деталь: в отличие от более распространённых Петровых, фамилия Петюкин указывает не на прямое отчество от полного имени, а на прозвищную или обиходную форму. Это говорит о том, что предок носителя, скорее всего, был в быту не Петром, а Петюком — такое обращение могло быть характерно для крестьянской или посадской среды, где полное имя использовали реже, а в семье и деревне человека звали уменьшительно. В документах XVII–XVIII веков встречаются записи крестьян и посадских людей с подобными фамилиями (например, Петюковы, Петюхины), что подтверждает их простонародное происхождение.

Географически фамилия Петюкин тяготеет к регионам, где активно бытовали уменьшительные формы на -юк: это прежде всего северо-западные и центральные области России — Псковская, Новгородская, Тверская, а также Вологодская. В южных и восточных губерниях форма на -юк встречается реже, чаще там использовали -юх или -юш. Поэтому носители фамилии Петюкин с высокой вероятностью происходят из этих мест, хотя со временем, конечно, разошлись по всей стране.

В написании фамилии возможна вариативность: в старых метрических книгах можно встретить как Петюкин, так и Петюкинъ (с твёрдым знаком на конце), а также ошибочное Петюхин — из-за схожести произношения в некоторых говорах. Но этимологически Петюхин и Петюкин — разные фамилии, хотя и от одного корня. Первая восходит к форме Петюха, вторая — к Петюк. Разница в суффиксе, но в быту их могли путать.

О сословной принадлежности предков Петюкиных данных нет, но по модели образования и по аналогии с однокоренными фамилиями можно предположить, что это фамилия крестьянская или мещанская. Дворянские фамилии от уменьшительных форм Петра — редкость, они обычно образовывались от полного имени (Петров) или от географических названий. Так что Петюкин — фамилия, сохранившая живую, разговорную черту русского именослова: память о том, как в деревне или слободе называли человека не по документу, а по-свойски.