Фамилия Пеняева — женская форма фамилии Пеняев. Она образована от мужского личного прозвища или нецерковного имени Пеняй. В основе лежит глагол «пенять» — укорять, жаловаться, сетовать. Так в старину могли назвать человека ворчливого, недовольного или того, кто часто жаловался на судьбу. Модель образования простая: к основе Пеня- добавили типичный русский суффикс -ев, указывающий на принадлежность («чей?» — Пеняев, то есть сын или потомок Пеняя).

Менее вероятная, но возможная версия связывает фамилию с диалектным словом «пеня» — штраф, денежное взыскание (от древнерусского «пеня»). В этом случае Пеняем могли прозвать сборщика штрафов или человека, с которого часто взыскивали долги. Однако первая версия — от прозвища по характеру — встречается в ономастике чаще, так как глагольные прозвища (типа Гуляй, Несмеян, Пеняй) были распространены на Руси.

Фамилия Пеняев и её женская форма Пеняева — нечастая, но не уникальная. Встречается преимущественно в центральных и южных регионах России, особенно в Воронежской, Ростовской областях и на Кубани, куда переселенцы принесли её в XVIII–XIX веках. Встречаются варианты написания через «а» — Паняев, но это другая фамилия, хотя и схожая по звучанию.

Среди известных носителей выделяется разве что советский и российский учёный-механик Виктор Пеняев, но его фамилия мужского рода. В целом, фамилия Пеняева — яркий пример того, как русская речь закрепила в наследственной фамилии бытовую черту предка: его манеру пенять или сетовать.