Фамилия Павлютенкова — женская форма мужской фамилии Павлютенков. Чтобы понять её значение, нужно разобрать мужской вариант, который образован от имени Павлютенко. В свою очередь, Павлютенко — это украинская или белорусская фамилия с типичным суффиксом -енко, указывающим на происхождение от отца: «Павлютенко» буквально значит «маленький Павлютя» или «сын Павлюти». Основа здесь — имя Павлютя, уменьшительно-ласкательная форма от канонического крестильного имени Павел (от лат. paulus — «малый», «скромный»). Так что предок носительницы фамилии был человеком, которого в быту звали Павлютя, — возможно, младшим в семье или просто носившим это распространённое имя.

Примечательно, что фамилия Павлютенкова — редкий случай, когда суффикс -ов присоединился к уже готовой фамилии на -енко. В русской традиции так оформляли фамилии выходцев с Украины или из Белоруссии, которые переселялись в великорусские губернии и получали «обрусение» окончания. То есть Павлютенковы — это, скорее всего, потомки украинского или белорусского казака или крестьянина, который перебрался на север или восток, где его фамилию адаптировали под местный грамматический строй.

Географически фамилия Павлютенкова встречается в основном в центральных и южных областях России, особенно в Брянской, Курской и Белгородской областях — зонах исторического смешения русских и украинских говоров. Встречается она и на Украине, но там чаще остаётся в форме Павлютенко. Сословно предки могли быть как крестьянами, так и казаками, но точных сведений о дворянском происхождении нет — фамилия слишком «прозрачная» и массовая.

Однокоренные варианты — Павлюченко, Павлюков, Павлютов — все восходят к тому же имени Павел, но с разными уменьшительными суффиксами. Павлютенкова выделяется именно редким сочетанием двух суффиксов: украинского -енко и русского -ов, что делает её своеобразным языковым мостом между двумя культурами.