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 9480° nella regione Campania Il cognome Petraio è 5394° nella provincia di Napoli Il cognome Petraio è 682° nel comune di PORTICI (NA)