Фамилия Пеняев звучит как типичная русская патронимическая фамилия, но за её простым суффиксом скрывается неожиданно сложная история, уходящая в финно-угорские языки. Вопреки распространённому мнению, что такие фамилии образованы от христианских имён, основа здесь — мирское, нецерковное имя Пеняй, которое давали ребёнку в дополнение к крестильному. Это древняя языческая традиция двуименности, когда второе имя служило оберегом, скрывая настоящее от злых духов. Со временем именно это охранное имя закрепилось за родом, и потомки человека Пеняя стали Пеняевыми.

Разбирая корень, мы сталкиваемся с лингвистической загадкой. Слово «пеня» в русском языке означает «укор» или «досада», но в данном случае прямое заимствование маловероятно. Специалисты по ономастике связывают основу с коми-пермяцким словом «пеня» — «досада, неудовольствие» или с мокшанским глаголом «пеняцямс» — «жаловаться». Логика имянаречения здесь обратная современной: родители, надеясь, что сын вырастет красивым и здоровым, давали ему имя-оберег с негативным оттенком, чтобы отвести от него беды. Такой приём — называть ребёнка «Пеняй» (то есть «тот, кто досадует» или «жалобщик») — был распространён у многих народов, но именно финно-угорское происхождение корня делает эту фамилию регионально окрашенной и отличает её от массы фамилий, образованных от славянских прозвищ.

Словообразовательная модель проста: к основе Пеняй добавился стандартный русский суффикс принадлежности -ев, указывающий на сына или потомка. Интересно, что в некоторых говорах имя могло звучать как Пеня, без конечного «й», что породило бы фамилию Пенин, но в случае с Пеняевым закрепилась именно полная форма. Эта деталь указывает на то, что носители фамилии происходят из региона, где имя бытовало в своей первоначальной, нередуцированной форме. Фамилия не получила широкого распространения, что говорит о локальном характере прозвища, скорее всего, закрепившегося на севере или северо-востоке европейской части России, в зоне контакта славянских и финно-угорских племён.