Фамилия Пантелейкина — одна из тех, что хранит в себе давно забытое имя. Её основа — каноническое мужское имя Пантелей, которое в русском обиходе было сокращённой формой от полного церковного имени Пантелеймон. В переводе с греческого Пантелеймон означает «всемилостивый», но в быту это значение стёрлось, уступив место простому и привычному звучанию. Сама фамилия образована по стандартной для русских фамилий модели: к основе Пантелейк- добавлен суффикс принадлежности -ин, указывающий на то, что речь идёт о ком-то из рода Пантелейки — сыне, дочери или жене человека по имени Пантелейка.

Здесь стоит обратить внимание на суффикс -к- в основе. В русском языке уменьшительные и обиходные формы имён часто заканчивались на -ка: Пантелейка, Васька, Петька. Это не было грубостью или пренебрежением, а скорее повседневным, домашним вариантом имени. Соответственно, Пантелейкиными называли потомков того самого Пантелейки. Такая модель — отчество, застывшее в родительном падеже (чей? — Пантелейкина), — типична для центральных и северных регионов России, где фамилии на -ин так же распространены, как на юге — на -ов.

Географически фамилия Пантелейкина встречается не повсеместно, а скорее локально. По данным открытых источников, наибольшая концентрация носителей приходится на Воронежскую и Ростовскую области, а также на Краснодарский край. Это может указывать на то, что предки носителей фамилии были выходцами из южнорусских губерний, где имя Пантелеймон было в ходу, а его уменьшительная форма Пантелейка — вполне обычной.

Сословное происхождение фамилии определить сложно: она могла возникнуть как в крестьянской, так и в мещанской среде. Аристократического оттенка у неё нет — суффикс -ин в сочетании с простонародной формой имени выдают человека из податного сословия. Однако это не делает фамилию менее интересной: за ней стоит живая история конкретного человека, которого домашние звали Пантелейкой, а для окрестных жителей он навсегда остался Пантелейкиным сыном.