Фамилия Панчелюга — редкий случай, когда прозвище почти наверняка указывает на конкретную физическую особенность предка. Основа здесь — украинское или южнорусское слово «панчоха» (чулок, носок) в сочетании с «нога». Человек по прозвищу Панчелюга — это буквально «чулочная нога». В говорах так могли назвать того, кто постоянно ходил в рваных или спущенных чулках, либо, что правдоподобнее, человека с искривлённой, тонкой или неестественно прямой ногой, напоминающей чулок, набитый соломой. Прямой, без обиняков, взгляд на внешность — типичный для народных прозвищ.

Модель образования необычна для русских фамилий. Суффикс -юга характерен для украинской и белорусской ономастики, он придаёт слову экспрессивный, часто пренебрежительный оттенок (сравните: бандюга, хапуга). В русской традиции фамилии на -юга встречаются реже и почти всегда западного происхождения. Таким образом, Панчелюга — это не переоформленная фамилия на -ов/-ин, а застывшее прозвище в именительном падеже. Носитель такой фамилии, скорее всего, не был переписан как «сын Панчелюги» (Панчелюгин), а сам носил прозвище, которое и стало родовым именем.

Географически фамилия тяготеет к Черниговской, Полтавской и югу Брянской области — зоне перехода украинских говоров в русские. Встречаемость крайне низкая, что говорит об узколокальном происхождении. Вероятно, прозвище закрепилось за одним родом в конкретном селе или хуторе и не распространилось широко.

Версия о связи с румынским или молдавским «панчелу» (кулак, горсть) маловероятна: для прозвища по руке в русских говорах использовались другие модели (Кулак, Рукавица). Сложение «панчоха» + «нога» даёт самую прозрачную и бытовую этимологию, не требующую натяжек. Предок Панчелюга — человек, получивший уличное имя за необычную, заметную походку или форму ног, и это имя пережило его на несколько столетий.