Фамилия Пантепаева — редкая и неочевидная по происхождению. На слух она напоминает что-то иноязычное или искусственное, но при разборе по составу вскрывается вполне русская словообразовательная модель: основа Пантеп- и суффикс -ев, указывающий на принадлежность («чей?» — Пантепаев, сын или потомок Пантепая). Женская форма Пантепаева — это либо жена, либо дочь Пантепаева.

Главная загадка — корень. В русском языке нет слова «пантеп» или «пантепа». Скорее всего, это искажённое или диалектное произношение канонического имени Пантелей (Пантелеймон). В народной среде имя Пантелей часто сокращали до Пантея, Пантюхи, Пантелея. Форма Пантепа могла возникнуть как результат перестановки звуков (метатезы) или местного говора: «Пантеп» вместо «Пантев» или «Пантеф». Суффикс -ай в основе (Пантепай) — типичный для прозвищ и уменьшительных имён в XVI–XVII веках (ср. Третьяк, Шестак, Первай). Так из Пантелея сначала сделали Пантепая, а затем — Пантепаева.

По сословной принадлежности носители фамилии, скорее всего, крестьяне или посадские люди центральной России. Географически фамилия привязана к Поволжью и Уралу: по переписям XIX века Пантепаевы встречаются в Оренбургской и Самарской губерниях. Это косвенно подтверждает народное происхождение — в официальных документах фамилию могли записать «на слух» приписной канцелярией, закрепив нестандартный вариант.

Сравнение с однокоренными фамилиями (Пантелеев, Пантеев, Пантюхин) показывает, что Пантепаева — самая редкая и локальная. У неё нет вариантов с -ов или -ин, кроме единственной записи, что говорит о малой численности рода и его долгой оседлости в одном регионе. Современные носители, скорее всего, потомки тех самых поволжских крестьян, чьё прозвище закрепилось в документах случайно, но прочно.