Фамилия Петюшев — один из тех случаев, когда за простым звучанием скрывается неочевидная, но логичная словообразовательная загадка. На первый взгляд, корень «Пет-» наводит на мысль об имени Пётр, однако суффикс «-юш-» здесь нестандартен. В русской ономастике гораздо чаще встречаются фамилии от Петра с суффиксами -ов (Петров), -ин (Петрин) или уменьшительными -ушк-, -еньк-. Формант «-юш-» указывает на иную модель: основой для фамилии послужило не каноническое имя, а его производная форма — Пётр → Петюша. Такое имя-прозвище бытовало в северных и центральных говорах, где «Петюша» было ласкательным или обиходным вариантом, но без книжного оттенка (в отличие от «Петенька»). Таким образом, Петюшев буквально значит «сын Петюши» или «потомок того, кого звали Петюша».

Словообразовательная модель «основа на -а + суффикс -ев» — классический патроним, характерный для фамилий, образованных от имён и прозвищ, оканчивающихся на -а, -я. Если бы исходное имя звучало как Петюш (без окончания), фамилия была бы Петюшов. Форма на «-ев» подтверждает, что предка звали именно Петюша. В этом смысле фамилия Петюшев стоит в одном ряду с более известными Мишуков, Ванюшев, Гришунин, но отличается тем, что исходная форма не стала распространённой — отсюда и редкость самой фамилии.

В географическом плане фамилия тяготеет к старообрядческим и северорусским регионам. По данным современных телефонных справочников и баз переписи, наибольшая концентрация носителей фиксируется в Вологодской и Архангельской областях, а также в Кировской области. Это косвенно подтверждает, что прозвище Петюша могло сохраниться в среде, где имя Пётр употреблялось в просторечной, «домашней» форме, не вытесненной литературным вариантом.

Спорных версий происхождения у фамилии немного. Иногда её ошибочно связывают с диалектным словом «петюх» (петух) — из-за схожести звучания, но это маловероятно: в фамилиях на -ев от названий птиц суффикс присоединялся бы к форме на -ух (Петухов), а не на -юш. Версия с тюркским корнем (от имени Петюш как заимствования) также не находит подтверждений — в татарских и башкирских фамилиях подобная основа не встречается. Поэтому наиболее правдоподобным остаётся славянский путь: от уменьшительного имени Петюша, которое в XIX веке ещё фиксировалось в метрических книгах как самостоятельное крестильное имя в крестьянской среде.