Фамилия Пантелейков — один из тех случаев, когда за внешне простой формой кроется сразу несколько возможных историй. Главная загадка здесь — суффикс. Если бы фамилия была образована от канонического имени Пантелеймон (в просторечии Пантелей), мы бы скорее ожидали форму Пантелеймонов или Пантелеев. Но Пантелейков явно указывает на другую основу.

Скорее всего, в основе лежит не полное имя, а производная форма — Пантелейка. Так на Руси могли называть человека, носившего имя Пантелеймон, в бытовой, уменьшительной манере. Суффикс -к- в таких именах был распространён: Ивашка, Петрушка, Пантелейка. От этого прозвища и пошла фамилия: Пантелейков — буквально «сын Пантелейки». Вторая версия, менее вероятная, но не исключённая: прозвище Пантелейка могли дать человеку за сходство со святым Пантелеймоном-целителем (например, знахарю или лекарю). В этом случае фамилия указывала бы на род занятий предка.

Географически фамилия тяготеет к южнорусским и украинским землям, где форма на -ков от имён на -ка встречается чаще. Встречаются и варианты написания — Пантелейков и Пантелейков (через «ё»), что не меняет сути, но может указывать на разное ударение в говорах. Есть и редкая параллель — фамилия Пантелеев, образованная по более стандартной модели, но Пантелейков остаётся более редкой и локальной.

Социально носители фамилии, скорее всего, происходили из крестьян или мещан. Фамилии на -ов от уменьшительных имён — обычная история для непривилегированных сословий, где полное имя использовали реже, а в быту звали по-простому. Так что предок Пантелейковых был, вероятно, обычным человеком, которого в деревне знали как Пантелейку — и это прозвище закрепилось за его потомками.