Potrebbe derivare da nomi di località identificabili dalla presenza di una pietraia, o anche dall'essere il capostipite un Mastro Pietraio ossia uno scalpellino.
Il cognome Petrai è tipico del livornese. Petraia, raro, parrebbe romano. Petraio, sempre rarissimo, è del napoletano.
Il cognome Petraio è 9429° nella regione Campania Il cognome Petraio è 5447° nella provincia di Napoli Il cognome Petraio è 550° nel comune di SANT'ANTIMO (NA)