Фамилия Петюкина — женская форма фамилии Петюкин, которая образована от мужского имени или прозвища Петюка. В основе лежит уменьшительная форма имени Пётр — Петя, но с характерным суффиксом -ук-/-юк-, который в русских фамилиях встречается реже, чем в украинских или белорусских. На юго-западе России, в пограничных с Беларусью и Украиной областях, такие суффиксы (Петюк, Иванюк, Гринюк) были обычным способом образовать «сына Петра» или «маленького Петра». Таким образом, Петюка — это ласковое или обиходное прозвание человека по имени Пётр.

Суффикс -ин в окончании фамилии указывает на принадлежность: «чей?» — Петюкин, то есть сын или потомок Петюки. Модель типична для северных и центральных регионов России, где фамилии на -ин так же распространены, как на -ов. Встречаемость фамилии Петюкин (и Петюкина) фиксируется преимущественно в Вологодской, Кировской и Архангельской областях, что подтверждает её севернорусское происхождение. Интересно, что в этих краях имя Пётр было очень популярно, но местные говоры часто смягчали и укорачивали имена, давая такие формы, как Петюня, Петюха или Петюка.

Менее вероятная, но не исключённая версия связывает фамилию не с именем, а с прозвищем от диалектного слова «петюк» — так в некоторых говорах называли петуха. Прозвище могли дать задиристому, голосистому или любившему рано вставать человеку. Однако в ономастической литературе (например, в работах Б. Унбегауна) приоритет отдаётся каноническому имени Пётр как основе для фамилий с суффиксом -юк, поскольку такие формы — прямое продолжение крестильного имени, а не случайного прозвища.

Сословно Петюкины, скорее всего, были крестьянами или ремесленниками. Фамилия не дворянская, не купеческая — об этом говорит её «простая» суффиксальная модель, без приставок и окончаний на -ский. В документах XVII–XVIII веков на Русском Севере люди с фамилией Петюкин встречаются среди черносошных крестьян, то есть лично свободных, но плативших подати государству. Сегодня фамилия остаётся достаточно редкой, что делает её носителей носителями локальной истории своих предков.