Фамилия Пентегина — женская форма, мужской вариант — Пентегин. В основе фамилии лежит прозвище или нецерковное имя Пентега. Чтобы понять его происхождение, нужно отбросить суффикс принадлежности -ин, который в русских фамилиях отвечает на вопрос «чей?»: Пентегин — значит «сын Пентеги». Сама основа Пентега — звучит необычно и явно не из славянского именослова.

Скорее всего, перед нами пример адаптации греческого имени Пантелей (Пантелеимон) в простонародной речи. Полное имя Пантелеймон в быту сокращали до Пантелей, Пантелея, а в диалектах, где «е» после мягких согласных могло переходить в «и» (явление «яканья» или «еканья»), форма Пантея легко превращалась в Пентея. Суффикс -га — характерный для русских прозвищ от крестильных имен (сравните: Митя — Митяга, Коля — Коляга, Ваня — Ваняга). Так Пентея стала Пентегой. Имя Пантелеймон в переводе с греческого означает «всемилостивый», его носил святой великомученик и целитель. Предок Пентегиных, таким образом, был назван в честь этого святого, а в быту звался сокращенно — Пентега.

Менее вероятная, но возможная версия связывает фамилию с диалектным словом «пентега» или «пентяга» — так в некоторых северных говорах называли медлительного, неповоротливого человека (от глагола «пентить» — мешкать, копаться). Если это так, то фамилия произошла от прозвища по характеру, а не от имени. Однако первая версия — от Пантелея — выглядит предпочтительнее: таких «полуименных» фамилий (от сокращенных форм крестильных имен) в России подавляющее большинство, а диалектное слово «пентега» встречается редко и не повсеместно.

Фамилия Пентегина — редкая. Она не связана с каким-то одним регионом, но по модели образования (суффикс -ин от основы на -га) типична для северорусских и центральных областей. Носители фамилии — потомки крестьянина или горожанина, которого в документах XVII–XVIII веков записали по отцу — Пентеги. То, что фамилия сохранилась в неизменном виде, говорит о том, что она закрепилась до реформы 1918 года, когда написание фамилий стало строго фиксироваться.