Фамилия Пекселев образована от прозвища или нецерковного имени Пексель. На первый взгляд, основа кажется тёмной, но она вполне прозрачна для исторической диалектной лексики. В русских говорах, особенно северных и сибирских, «пексель» или «пексля» — это инструмент для чистки рыбы, небольшая лопатка или скребок. Соответственно, прозвище Пексель мог получить либо рыбак, либо торговец рыбой, либо мастер, делавший такие орудия. Менее вероятная, но возможная версия — связь с глаголом «пекселить» (в некоторых говорах — делать что-то мелко, кропотливо, возиться), тогда прозвище могло относиться к человеку усидчивому или придирчивому.

Суффикс -ев указывает на типичную русскую патронимическую модель: Пекселев — сын Пекселя. Фамилия закрепилась в среде крестьян и посадских людей, где прозвища по ремеслу или инструменту были обычным делом. В отличие от фамилий, образованных от крестильных имён (Иванов, Петров), Пекселев — пример так называемой «профессиональной» фамилии, которая прямо говорит о занятии первого носителя.

Слово «пексель» имеет и другое, узкопрофессиональное значение — в горном деле так называли род кирки или кайла. Однако эта версия менее вероятна для массового прозвища: горное дело было распространено ограниченно, а рыбу чистили в каждом доме. Поэтому основная версия — рыболовно-бытовая.

Географически фамилия редкая, но встречается в документах по Архангельской и Вологодской губерниям — регионах, где рыбный промысел был основой хозяйства. Встречаются также варианты написания Пекселев и Пекселевъ (до реформы орфографии). Однокоренных фамилий (Пексель, Пексельман) в русской среде почти нет, что делает Пекселева фамилией с довольно узким ареалом происхождения.

Ударение в фамилии, скорее всего, падает на первый слог: Пе́кселев, хотя в разговорной речи нередко смещается на второй — Пексе́лев. Первый вариант точнее отражает происхождение от прозвища Пексель.