Фамилия Пантелюшин — редкий пример того, как просторечная форма имени закрепилась в официальной фамилии, пройдя через несколько этапов словообразования. В основе лежит имя Пантелей (каноническая церковная форма — Пантелеимон, от греческого «всемилостивый»). В быту это имя часто сокращали: Пантелей, Пантелеха, Пантеля, а в ряде говоров — Пантелюша. Фамилия образовалась от формы Пантелюша с помощью самого распространенного русского суффикса принадлежности -ин: Пантелюшин означает «сын Пантелюши» или «из семьи Пантелюши».

Суффикс -ин указывает на то, что предок носителя фамилии был назван в честь святого Пантелеимона, почитаемого на Руси как целителя. В отличие от фамилий на -ов/-ев, которые чаще образовывались от полных или уменьшительных имен с твердой основой (Пантелеев, Пантелов), вариант на -ин характерен для имен, оканчивающихся на -а или -я (Пантелюша, Саша, Гриша). Это сразу сужает круг возможных исходных форм и говорит о том, что фамилия бытовала в среде, где имя Пантелеймон произносили именно как Пантелюша.

У фамилии есть несколько однокоренных «родственников»: Пантелеев, Пантелеевский, Пантелеевцев, Пантелеевщин, Пантелюхин, Пантелеев. Но Пантелюшин стоит особняком — в ней слышен именно тот самый разговорный, «домашний» вариант, который в XIX веке могли записать в метрическую книгу как Пантелюша. Встречается фамилия преимущественно в центральных и южных областях России, где имя Пантелеймон было особенно популярно у крестьян и мещан.

С точки зрения социального контекста, Пантелюшин — фамилия недворянская. Пантелеимона часто называли в крестьянской и купеческой среде, а форма Пантелюша — яркая примета народной речи. Предок, скорее всего, был простым человеком, которого в документах записали не по полному церковному имени, а по тому, как его звали в быту. Это делает фамилию живым свидетельством языковой истории: она сохранила звучание, которое в официальных бумагах почти не встречается.