Фамилия Пентешихина — редкая и бросающаяся в глаза, но её происхождение прослеживается довольно ясно. Ключ к разгадке — суффикс -их-, который однозначно указывает на севернорусский тип образования фамилий. Такие фамилии (на -их и -ых) были распространены в Архангельской, Вологодской, Вятской губерниях и в Сибири, куда переселенцы принесли эту модель. Пентешихина — это женская форма, а мужская, соответственно, Пентешихин.

Основа фамилии — прозвище или мирское имя Пентеша. Оно, в свою очередь, образовано от канонического крестильного имени Пантелеймон. В народе это имя переиначивали на множество ладов: Пантеша, Пантя, Пантюха, Пантюша, а также Пентеша. Усечение «Пан-» до «Пен-» — характерная черта живой речи, где звуки могли заменяться для удобства произношения. Имя Пантелеймон (от греческого «всемилостивый») было очень популярно на Руси, в первую очередь благодаря почитанию святого великомученика и целителя Пантелеймона.

Таким образом, исходная цепочка выглядит так: крестильное имя Пантелеймон → его бытовая форма Пентеша → отчество или прозвище Пентеших (буквально «из рода Пентеши», «Пентешин сын» или «Пентешина жена») → фамилия Пентешихин/Пентешихина. Суффикс -их- здесь выполняет роль притяжательного падежа, указывая на принадлежность к конкретному роду или дому.

Родственные фамилии по той же модели — Пантелеев, Пантелеихин, Пантюхин, Пантюшин, Пентешин. Отличие Пентешихина в том, что она сохранила архаичную форму с суффиксом -их-, которая в центральных областях России почти исчезла, вытесненная более привычными -ов и -ин. Носитель такой фамилии с высокой вероятностью происходит из семьи крестьян или посадских людей Русского Севера, где эта модель держалась до XX века.