Фамилия Пенцко звучит нехарактерно для русского уха: её «выдаёт» конечное -ко, которое в русском языке обычно стоит под ударением (Петренко, Шевченко), а здесь оно безударное. Это сразу указывает на западнославянское происхождение, скорее всего, польское или, реже, словацкое. В польской ономастике суффикс -ко (часто в форме -ек, -ка) образует уменьшительные имена и прозвища, но без ударения на последний слог. Фамилия Пенцко могла возникнуть от прозвища Пенц или Пентек.

Вероятная основа — польское слово pętać (путать, спутывать) или pętla (петля). Человек по прозвищу Pętek или Pętko мог быть тем, кто вяжет узлы, делает петли, либо, в переносном смысле, — хитрецом или путаником. Есть и менее очевидная версия: связь с диалектным pęc, pęczek (пучок, связка) — прозвище могло относиться к крепкому, коренастому человеку или к тому, кто носил что-то связанное в пучок. Окончание -ко в польских фамилиях типично для южных и восточных регионов Польши (Малопольша, Подляшье), откуда фамилия могла перейти в украинские земли, где -ко стало привычным.

Если бы фамилия была русской, она скорее имела бы форму Пенцов или Пенцкий, но Пенцко сохранила исходный польский облик. Встречаемость фамилии в современных базах низкая, что говорит о её редкости и, возможно, о локальном бытовании в западных областях Украины или Беларуси, куда она попала вместе с переселенцами из Польши. Носители фамилии Пенцко, скорее всего, происходят из среды польской шляхты или мещан, но точных исторических записей о сословной принадлежности без дополнительных генеалогических изысканий не найти.

Разбор фамилии упирается в её польскую природу: русская словообразовательная модель здесь не работает, и искать корень в русском «пень» или «пенка» было бы ошибкой. Фамилия — редкий пример, когда географическое происхождение важнее морфологии: она сразу выдаёт человека, чьи предки жили на западе славянского мира, в зоне польского языкового влияния.