Фамилия Пчелинова образована от прозвища или мирского имени Пчела, а точнее — от притяжательного прилагательного «пчелинов», то есть «принадлежащий Пчеле». Модель типична для русских фамилий: суффикс -ин указывает на принадлежность, а основа — на прозвище отца. В отличие от более распространённой фамилии Пчелин, форма Пчелинов встречается реже, и это как раз тот случай, когда суффикс -ов- (-ев-) добавился к уже существовавшему прилагательному на -ин, создав двойную фамильную «принадлежность». Такое удвоение характерно для фамилий, которые окончательно оформились в документах XVIII–XIX веков, когда писарь или сам носитель могли механически прибавить родовой суффикс к уже готовой форме.

Прозвище Пчела могло достаться человеку по нескольким причинам. Самая очевидная — род занятий: бортничество или пасечное пчеловодство. На Руси мёд и воск были ценным товаром, и пчеловода уважали, а его ремесло часто становилось основой для фамилии. Но не обязательно: Пчелой могли назвать трудолюбивого, хлопотливого человека, который постоянно в движении, или, наоборот, того, кто «жалился» — был обидчивым, колким на язык. В диалектах встречается и ироничное значение: «пчела» — о суетливой женщине, но в мужском прозвище этот оттенок менее вероятен.

Географически фамилия Пчелинов (и Пчелинова) тяготеет к центральным и южным областям России, где традиционно было развито пчеловодство — к Тульской, Рязанской, Воронежской губерниям. Встречается она и в Поволжье, но везде остаётся редкой: по данным современных телефонных справочников, число носителей не превышает нескольких сотен человек на всю страну. Это не случайность — прозвище Пчела хоть и было известно, но фамилии от него образовывались нечасто, уступая по частотности «птичьим» и «звериным» прозвищам.

Родственной фамилией можно считать Пчельников — от названия профессии «пчельник» (пасечник). Здесь же стоят Пчелинцев, Пчелкин, а также украинские Бджола и Бджоляк. Разница в суффиксах даёт понять, в какой среде формировалась фамилия: Пчелинов — скорее крестьянская, записанная по отцу, в то время как Пчельников могла указывать на человека, который сам держал пасеку и был известен этим занятием.

В целом фамилия Пчелинова — один из тех редких случаев, когда за простым, «природным» прозвищем стоит не только профессия, но и характер, и местный говор. В некоторых говорах, например, вместо «пчела» говорили «пчела» с ударением на первый слог, и это могло повлиять на произношение фамилии в конкретной семье.