De senaste Markit/CIPS-tjänsterna Inköpschefsindex (PMI) sjönk till 52,7 förra månaden, från att ha lästs i januari till 55.6.
Varje siffra över 50 innebär en ökning, men ökningen av tjänstesektorn var den svagaste sedan mars 2013.
Tjänstesektorn står för mer än tre fjärdedelar av den brittiska ekonomin.
Undersökningar från Markit/CIPS tidigare i veckan satte tillverkningssektorns PMI på 50.8 och byggandet på 54.2.
"Den svagare ökningen av tjänsteverksamheten främst återspeglade en långsammare expansion i volymen av inkommande nya företag," undersökningen sade.
Markit chefsekonom Chris Williamson tillade: "Survey svar avslöjar att företag är oroliga för tecken på vacklande efterfrågan, men styrelserum har också blivit oroliga över den ökade risken för "Brexit", finansmarknadernas volatilitet och svag ekonomisk tillväxt hemma och utomlands."
Han tillade att omfattningen av avmattningen skulle komma som en "chock" för beslutsfattare och sätta stopp för diskussionen om en eventuell räntehöjning.
Williamson beskrev februaris tre PMI-avläsningar som "en trippel whammy av nedslående undersökningsnyheter".
Förra veckan bekräftade officiella siffror att den brittiska ekonomin ökade med 0,5 % under de tre sista månaderna 2015, och tjänstesektorn framhölls som den viktigaste faktorn bakom tillväxten.
Kontoret för nationell statistik sade "buoyancy" av tjänster hade kompenserat "relativ tröghet" av resten av den brittiska ekonomin.
Tecken på försvagning av tillväxten i den brittiska ekonomin har pressat tillbaka uppskattningar av när Bank of England kan börja höja räntorna.
Jeremy Cook, chefsekonom vid World First, kommenterade den senaste PMI - undersökningen och sade: " Mötet i Englands centralbank i maj hade tidigare betraktats som en möjlig tid för en prishöjning. De globala marknadernas volatilitet och det självförvållade sår som EU-omröstningen gav upphov till för flera månader sedan.
"Vi anser dock fortfarande att vissa åtgärder som förutser Bank of Englands innehav på 0,5 % fram till 2020 är föga absurda."
Martin Beck, senior ekonomisk rådgivare till EY Item Club, sade att PMI-avläsningarna skulle ge "många tankekrafter" till Bank of Englands penningpolitiska kommitté.
Han tillade: " Medlemmarna måste bedöma i vilken grad undersökningarna visar en verklig avmattning i aktivitetstillväxten, eller bara reagera på de negativa rubrikerna sedan början av året. I själva verket kan tillväxten bli mjukare, men kanske inte så skarpt som undersökningsuppgifterna antyder."
Samtidigt visade en liknande undersökning att euroområdets företag hade sin värsta månad i mer än ett år i februari, vilket stärkte argumentet för en mer monetär politisk lättnad från Europeiska centralbanken.
Markits slutliga sammansatta PMI, som anses vara en bra vägledning för tillväxt, föll till 53 förra månaden från januari 53,6, vilket är den lägsta avläsningen sedan början av 2015.
Detta var emellertid bättre än den preliminära läsningen av 52,7 och långt över de 50 markeringar som betecknar tillväxt.
Storbritanniens dominerande tjänstesektor försvagades i februari, med dess långsammaste tillväxttakt på nästan tre år, har en undersökning visat.