Фамилия Нелнпенка — редкий случай, когда написание почти полностью скрывает исходную основу. С первого взгляда кажется, что перед нами украинская фамилия с типичным суффиксом -енк(о), но запись через «нп» вместо ожидаемого «н» наводит на мысль об ошибке переписчика или искажении при переезде носителя в другую языковую среду. Скорее всего, первоначальная форма была Нелпенко или Нельпенко, где -енко — патронимический суффикс, указывающий на потомка человека по прозвищу.

Корень «Нелп-» или «Нельп-» в русских и украинских говорах не встречается как самостоятельное слово. Это заставляет искать объяснение в диалектных или заимствованных основах. Наиболее правдоподобная версия связывает фамилию с глаголом «нелпить» — в некоторых южнорусских говорах так говорили о неловком, неуклюжем человеке, который всё делает медленно и невпопад. Прозвище Нелпа могли дать нерасторопному работнику или, наоборот, в ироничном ключе — человеку, который постоянно мешает другим. Суффикс -енко в таком случае указывает на прямого потомка: «сын Нелпы».

Менее вероятна, но допустима версия о происхождении от личного имени Нелп, которое могло быть сокращённой формой от редкого крестильного имени, например, Неофит или Нестор. В украинской традиции такие усечения были обычны: Нестор мог превратиться в Нелю, а затем в Нелпу. Однако в этом случае фамилия должна была бы писаться через «ь» (Нельпенко), что не совпадает с имеющимся вариантом.

Написание через «нп» вместо «ньп» могло возникнуть в документах XIX века, когда писарь, не знакомый с местным произношением, записал фамилию на слух, не смягчая согласный. Или же это результат переезда носителя в регион, где твёрдое произношение было нормой: например, на Дон или Кубань, куда украинские фамилии часто попадали в адаптированном виде.

Географически фамилия Нелнпенка встречается в единичных записях — в основном на юге России и востока Украины. Сословная принадлежность предков, скорее всего, крестьянская или казачья: фамилии на -енко в этих краях массово закреплялись за рядовыми общинниками, без привязки к дворянству или духовенству. Сейчас носителей этой фамилии можно пересчитать по пальцам, что делает её уникальным маркером для генеалогического поиска.