Фамилия Пантилехины образована от просторечной формы канонического имени Пантелеймон. В переводе с греческого это имя означает «всемилостивый», и в русской традиции оно дало множество производных форм. В основе фамилии лежит народный вариант Пантилеха — так на Руси могли звать человека, носившего полное церковное имя Пантелеймон. Суффикс -ин указывает на принадлежность: Пантилехин буквально значит «сын Пантилехи», то есть потомок человека с таким именем.

Интересно, что имя Пантелеймон попало в русский обиход через церковную традицию: его носил святой великомученик Пантелеимон, почитаемый как целитель. Однако в повседневной речи полное имя часто сокращали и переиначивали на свой лад — так появились формы Пантелей, Пантилей, Пантилеха. Фамилия Пантилехин закрепила именно этот разговорный, «домашний» вариант, что говорит о её происхождении в среде, где церковное имя соседствовало с живым народным произношением.

По модели образования фамилия относится к самому распространённому типу русских фамилий — притяжательным на -ин. Такие фамилии обычно возникали в крестьянской и мещанской среде, где имя отца без изменений переходило к детям. Пантилехин, как и однокоренные Пантелеев, Пантелеймонов, Пантилеев, мог появиться в разных регионах независимо, поэтому точное место и время его возникновения установить сложно — процесс формирования фамилий растянулся на несколько столетий.

Стоит обратить внимание на редкий вариант написания: в основе лежит форма Пантилеха, а не более привычная Пантелеха. Это может указывать на особенности местного говора или на то, как имя записал переписчик — в документах XVII–XVIII веков написание фамилий часто зависело от того, как произносил имя сам носитель или как его слышал писец. Такая деталь делает фамилию Пантилехины не просто наследственным именем, а маленьким свидетельством живой речи прошлого.