Фамилия Пенчалов — редкий случай, когда основа почти наверняка не связана с русским языком, а её происхождение уходит в южнославянские земли, скорее всего, в Болгарию или Сербию. В русском языке нет слова «пенчал» или «пенчало», которое могло бы стать прозвищем, зато в болгарском существует глагол «пенча се» — «важничать, чваниться, задирать нос». От него образовалось прозвище Пенчало для человека гордого, любящего покрасоваться или ставить себя выше других. В сербском и болгарском суффикс -ло часто даёт прозвищам оттенок действия или свойства, так что Пенчало — это буквально «тот, кто пенчится».

Фамилия построена по стандартной русской модели: к основе на -о добавляется суффикс -в (Пенчало → Пенчалов). Такой переход типичен для фамилий, образованных от прозвищ, оканчивающихся на -о, и не требует дополнительных суффиксов вроде -ов или -ев. Интересно, что в русской среде фамилия могла появиться двумя путями. Первый — переселение из южнославянских земель, когда болгарин или серб с прозвищем Пенчало обосновался в России, и его потомки получили фамилию на русский лад. Второй — восприятие прозвища через церковные или торговые контакты: например, выходец с Балкан мог получить такое прозвище в русской деревне за своё поведение, и оно закрепилось.

Встречается фамилия преимущественно в южных и центральных областях России, где исторически были сильны связи с православными славянами. В дореволюционных источниках Пенчаловы могли записываться как крестьяне или мещане, но из-за редкости фамилии точных сословных данных мало. Спорных версий почти нет: попытка связать её с диалектным «пенча» (что-то вроде пеньки) не выдерживает критики, так как слово нигде не зафиксировано. Куда правдоподобнее южнославянский корень, который объясняет и необычную основу, и модель образования.