Фамилия Пентюкова — женская форма, а мужская, Пентюков, образована от прозвища или нецерковного имени Пентюк. В основе почти наверняка лежит диалектное слово «пентюх» — так в некоторых русских говорах называли неуклюжего, неповоротливого человека, увальня. Связь прямая: суффикс -юк/-юк в русских прозвищах часто придаёт оттенок грубоватой характеристики (сравните: бортюк, костюк). Так что предок носителя фамилии, скорее всего, получил прозвище за медлительность или неловкость — не обидное, а бытовое, какими и были многие дофамильные имена.

Менее вероятная, но допустимая версия — связь с глаголом «пентюрить» в значении «упрямиться, дуться». В этом случае Пентюк — упрямец. Оба варианта укладываются в русскую традицию прозвищ от черт характера или поведения. Суффикс -ов в мужской форме указывает на принадлежность: «сын Пентюка», то есть потомок того самого человека.

Фамилия встречается преимущественно в центральных и северных областях России — там, где слово «пентюх» было в ходу. Встречается и вариант Пентюхин, образованный от той же основы, но с другим суффиксом. В дворянских родословных книгах Пентюковы не числятся — фамилия крестьянская или мещанская, что подтверждается её отсутствием в списках столбового дворянства. В современной России носителей немного, но фамилия не исчезла, сохранив прямую связь с живым народным словом.