Фамилия Пемяков — редкая и неочевидная для поверхностного взгляда. Если отбросить привычное «-ов», указывающее на принадлежность (чей? — Пемяка), остаётся основа «Пемяк». В русском языке слово «пемяк» не встречается ни в диалектных, ни в литературных словарях. Это сразу подсказывает, что корень — не русский, а скорее всего, заимствованный из языков народов Поволжья или Приуралья.

Самая вероятная версия связывает фамилию с тюркским или финно-угорским прозвищем. В татарском и башкирском языках есть слово «пәмәк» (варианты произношения — «пемек», «пемяк»), которое означает «пучок», «кисть», «хохолок» — например, на шапке или на голове птицы. Такое прозвище могли дать человеку с заметной, торчащей прядью волос, либо тому, кто носил головной убор с кисточкой. В русской среде прозвище переоформили по модели отчества: Пемяк → сын Пемяков.

Менее вероятный, но возможный вариант — происхождение от коми-пермяцкого «пем» (тёмный, мрачный) с суффиксом «-як», то есть «темняк», «сумрачный человек». Однако такая модель словообразования для коми языка нехарактерна, и основа «Пемяк» в этом значении не фиксируется. Поэтому версия с тюркским «пучком» выглядит предпочтительнее.

Географически фамилия тяготеет к зоне русско-тюркского пограничья — к Уралу и Западной Сибири. В переписях XIX века Пемяковы встречаются в Пермской и Вятской губерниях, а также среди сибирских старожилов. Это косвенно подтверждает контактное происхождение: фамилия возникла там, где русские крестьяне и казаки соседствовали с татарами или башкирами.

С точки зрения словообразования, фамилия не содержит редких суффиксов — обычный патронимический «-ов». Но сама основа «Пемяк» — уникум: в русском ономастиконе нет другой фамилии с таким корнем, кроме однокоренных Пемякин и Пемяковцев (последняя — с типичным для сибирских фамилий суффиксом «-евцев», указывающим на выходцев из одного села). Это делает Пемяковых носителями очень локального, почти «штучного» прозвища, которое не разошлось широко по стране.

Таким образом, предок современных Пемяковых получил своё прозвище, скорее всего, за внешнюю примету — хохолок или кисточку на одежде, а закрепилось оно в среде, где смешивались русские и тюркские говоры.