Фамилия Пантелюшкина — женская форма фамилии Пантелюшкин, и чтобы понять её происхождение, нужно разобрать мужской вариант. В основе лежит имя Пантелей, которое пришло из греческого языка (Παντελεήμων — «всемилостивый»). Это имя давали в честь святого Пантелеимона, почитаемого православного целителя. Однако в русской народной традиции полное церковное имя часто сокращали и переделывали на бытовой лад, и Пантелей превращался в Пантелю, Пантелюшку.

Ключевая особенность этой фамилии — редкий суффикс -ушк- в основе. Обычно от имён на -ей образовывали фамилии через суффикс -ов (Пантелеев) или -ин (Пантелеихин). А Пантелюшкин пошёл от уменьшительно-ласкательной формы Пантелюшка. Такая форма характерна для северных и центральных говоров, где любили «утеплять» имена суффиксами -ушк-, -юшк- (сравните: Иванушка, Петрушка). То есть предок носителя фамилии в быту звался Пантелюшкой, а его потомки стали Пантелюшкиными.

Словообразовательная модель проста: основа Пантелюшк- + фамильный суффикс -ин, который указывает на принадлежность («чей?» — Пантелюшкин, то есть сын Пантелюшки). Фамилия недворянская, скорее всего, крестьянская или мещанская: в среде простонародья такие «домашние» прозвания от уменьшительных имён были нормой. Географически фамилия редкая и, по данным современных справочников, встречается в основном в Поволжье (Нижегородская, Кировская области) и на Русском Севере, где сохранилась архаичная система имён.

Если сравнивать с однокоренными — Пантелеев, Пантелеевский, Пантелеевцев, — то Пантелюшкин стоит особняком: он не отсылает напрямую к святому, а фиксирует именно разговорное, семейное прозвище. Никаких документальных свидетельств о знаменитых носителях фамилии нет, и это тоже говорит о её сугубо народном происхождении.