Фамилия Пантелькина — женская форма фамилии Пантелькин, и её происхождение стоит искать не в каком-то общем корне, а в конкретном суффиксе и имени-основе. Это одна из тех фамилий, где сразу видна уменьшительно-ласкательная модель, типичная для русской ономастики.

Основа фамилии — имя Пантелей, которое в просторечии и в быту часто сокращали до Пантеля, Пантелька. Полное церковное имя Пантелеимон (от греческого «всемилостивый») было длинным и неудобным для повседневного общения, поэтому крестьяне и посадские люди легко превращали его в более короткие формы. Суффикс -к- в основе Пантельк(а) — это не просто уменьшительное, а скорее обиходное, «домашнее» прозвище, которое затем закрепилось в качестве фамильного.

Фамилия Пантелькина образована по классической русской модели: к основе (Пантельк-) добавляется притяжательный суффикс -ин, который отвечает на вопрос «чей?». Таким образом, Пантелькин — это «сын Пантельки» или «человек из рода Пантельки». Такая модель с суффиксом -ин характерна для фамилий, образованных от личных имён, прозвищ или названий профессий, оканчивающихся на -а или -я (сравните: Ильин, Фомин, Пушкин). В отличие от фамилий на -ов/-ев, которые крепились к основам на согласный, здесь сработал другой грамматический механизм.

Географически фамилия Пантелькина не имеет узкой привязки к одному региону — носители встречаются и в центральной России, и в Поволжье. Но интересна деталь: в дореволюционных переписях форма «Пантелькин» могла соседствовать с однокоренными «Пантелеев», «Пантелеевский», «Пантелеенко». В некоторых говорах, особенно на юге и западе, имя Пантелеймон сокращали до Пантелей, а в северных и центральных — до Пантеля, что и дало начало этой фамилии.

Социальный контекст прост: Пантелькины — это потомки крестьян или мещан. Фамилия не дворянская и не купеческая (в тех кругах чаще использовали более полные формы имени — Пантелеев). Она говорит о том, что предок носителя был обычным человеком, которого в деревне или слободе знали по короткому имени Пантелька. Никакой тайны или древнего боярского рода здесь нет — только живая народная традиция сокращать длинные имена до удобных, а потом передавать это сокращение детям как фамилию.