Aunque la cuestión sobre la identidad de este personaje sigue abierta, y hay quienes lo sitúan en fecha tardía (s. III d.C.), se impone la opinión de quienes consideran que se trata del Petronio (c. 27-66 d.C.) que vivió en época de Nerón y fue llamado Arbiter elegantiarum, al cual se refiere el historiador Tácito, describiéndolo como un hombre refinado y original.  

Este Petronio fue amigo de Nerón y, acusado como Séneca y Lucano de haber participado en una conjura para matar al emperador, se suicidó.

Pero en realidad poco o nada se sabe con certeza sobre la fecha de creación de El Satiricón y sobre su autor.

El mismo nombre del autor presenta variaciones en los pocos y escuetos testimonios que de él subsisten en citas de fragmentos perdidos de la obra.

Los gramáticos de los primeros siglos son los que más lo citan. Honorato Servio, Mario Mercátor, Pompeyo, Juan Lido, Boecio, Prisciano, Lactancio Plácido, Mario Sergio, Isidoro de Sevilla y el Pseudo-Acrón lo llaman simplemente Petronio. 

Fulgencio y Terenciano Mauro lo llaman a veces Petronio y otras, Petronio Arbitro.

En cambio Macrobio, Sidonio Apolinario, Mario Victorino, Diomedes, S. Jerónimo le atribuyen únicamente el nombre de Arbitro.

Es probable que este nombre de Arbitro se deba a una mala interpretación de un texto de Tácito donde se habla de un cónsul Petronio, «elegantiae arbiter», muerto por orden de Nerón y que presenta semejanza psicológica con el autor de El Satiricón.

El texto «<Anales», XVI, 17-20) es importante, y tal vez pueda aportarnos alguna pista.

  ...en el espacio de pocos días cayeron juntos Áneo Mela, Cerial Amicio, Rufrio Crispino y Petronio [...] En lo que concierne a Petronio retrocederé un poco en mi historia.

Él dedicaba el día para dormir, y la noche para los deberes de la sociedad y para los placeres de la vida. Si algunos alcanzaron fama por el trabajo, él lo hizo por la molicie. Tenía reputación, no de juerguista ni de derrochador como casi todos los que devoran su fortuna, sino de técnico en los placeres. Sus palabras y acciones agradaban y eran tomadas como modelo de sencillez en función de la espontaneidad y de cierto descuido propio con que eran ejecutadas. Sin embargo manifestó energía y estuvo a la altura de sus funciones como procónsul en Bitinia y después como cónsul. Luego, regresando a sus vicios o quizá sólo a su imitación, fue admitido entre los pocos familiares de Nerón como árbitro del buen gusto: para el príncipe no había nada agradable y delicado que no estuviese recomendado por Petronio.

De ahí los celos de Tigelino que vio en él a un rival y a una persona más ducha en la ciencia de los placeres. Tigelino, pues, excitó la crueldad del príncipe, pasión que en éste tenía la supremacía sobre las otras, y acusó a Petronio de ser amigo de Escevino. Se sobornó un esclavo para la delación, y a Petronio se le privó del derecho de defensa.

La mayor parte de sus esclavos fueron encarcelados. Por entonces se encontraba en Campania el César. Petronio fue detenido en Cumas, hasta donde lo había seguido. No soportó la idea de languidecer por más tiempo entre el terror y la esperanza, pero tampoco se quitó la vida bruscamente. Se abría las venas y se las cerraba para abrírselas otra vez según su antojo, entreteniéndose con sus amigos, pero no con temas serios ni con nada calculado para conseguir reputación de firmeza. Escuchaba más bien versos anodinos y poesías ligeras en vez de reflexionar sobre la inmortalidad del alma, y de proferir máximas filosóficas.

Dio dinero a algunos esclavos y a otros, látigo. Más aun, a fin de que su muerte, si bien forzada, pareciese natural, organizó un festín y dejó que lo ganase el sueño. Ni siquiera redactó codicilos para adular a Nerón, a Tigelino o a algún otro poderoso, como lo hacían muchos de los que así acababan sus días. Lo que hizo fue trazar, bajo el nombre de jóvenes impúdicos y de mujerzuelas, la narración completa de las degeneraciones del príncipe con sus más monstruosos vicios. Después de enviarle sellado este escrito, quebró su anillo, con la aprensión de que no sirviera más tarde para poner en graves aprietos a otras personas. Nerón investigaba cómo habían podido ser divulgados sus vicios nocturnos, y le vino Silia a la memoria. Esta mujer, esposa de un senador, no le era desconocida. Además él mismo la había asociado a todos sus placeres, como amiga muy íntima que era de Petronio. El odio de Nerón provocó su destierro con el pretexto de haber propalado lo visto..."

Plinio el Viejo y Plutarco hablan también de un Tito Petronio, contemporáneo de Nerón. El primero cuenta que «el antiguo cónsul, Tito Petronio, antes de morir a consecuencia del odio de Nerón, quebró un vaso múrrino para que no acabase en la mesa de éste. Le había costado tres cientos mil sestercios». Plutarco, al referirse a los redomados aduladores de la corte neroniana, dice: «Ellos al juerguista y derrochador reprochan su sórdida avaricia, como hacía Tito Petronio con Nerón.»

Probablemente, pues, sea el mismo personaje el tratado por Tácito, Plinio y Plutarco, pero ¿es éste el autor de El Satiricón?

El problema se complica con los testimonios de Macrobio y de Juan Lido. Macrobio señala a Petronio como autor de comedias del estilo de las de Menandro. Juan Lido, por su parte, lo clasifica entre los satíricos, junto con Juvenal y Turno.

Sidonio Aplinario lo considera uno de los «maestros del buen hablar latino», y le dice: ...y tú, Arbitro, adorador del sagrado madero (Estatua fálica de Priapo) en los jardines de Marsella, digno compañero del helespóntico Priapo...

Falta saber si todos estos testimonios hablan de la misma persona, y si esta persona es el verdadero autor o un simple recopilador de cuentos milesianos o de sátiras menípeas, entremezclados dentro del vagabundeo, escasamente cohesionado, de Encolpio.

Frente a todos estos problemas, el erudito no tiene nada que objetar a la desenfadada suposición de Jean Dutourd:  "El verdadero Petronius Arbiter, autor de El Satiricón, ha debido de ser un corpulento hombre desaliñado, de vida oscura, no muy rico, hijo quizá de un liberto, ciudadano subalterno en todo caso, sin aventuras y sin historia, que murió en su lecho (y no en la tina), por los sesenta y cinco años, después de haber publicado una veintena de volúmenes cuya pérdida es irreparable".