Фамилия Пенясов почти наверняка является фонетическим вариантом более распространённой фамилии Пинясов. Если это так, то её основа — мордовское (эрзянское или мокшанское) имя Пинас, которое связано со словом «пине», то есть «собака». Вряд ли это прозвище было обидным: у многих народов, в том числе у мордвы, существовала традиция давать ребёнку «охранительное» имя. Считалось, что если назвать младенца Пинясом, природа воспримет его как «своего», а сам мальчик получит качества, которыми наделяли собаку: верность, выносливость, чуткость. Такое имя должно было обмануть злых духов и уберечь ребёнка от болезней и сглаза.

Смена гласной в корне — с «и» на «е» — дело для русских фамилий привычное. На письме и в произношении это могло закрепиться под влиянием местных говоров, где «и» после мягкого согласного звучало ближе к «е», либо из-за простой ошибки писаря при переписи населения. Так Пинясовы в документах могли превратиться в Пенясовых, и этот вариант со временем стал самостоятельной фамилией.

Суффикс -ов в фамилии указывает на типичную русскую модель образования: так называли сына, внука или потомка человека по имени Пинас. То есть Пенясов буквально означает «сын Пеняса» (или Пиняса). Подобные фамилии массово закреплялись в XV–XVII веках, когда крестьяне и посадские люди получали наследственные прозвания.

География фамилии связана с территориями расселения мордвы — это среднее Поволжье, Нижегородская, Пензенская, Симбирская губернии, а также Оренбуржье и Урал, куда мордовские крестьяне переселялись в XVIII–XIX веках. Впрочем, фамилия могла возникнуть и вдали от этих мест: процесс её формирования не всегда привязан к одной местности, и окончательно говорить о точном времени и месте её появления можно лишь после серьёзного генеалогического исследования.

Любопытно, что у фамилии есть «родственники»: Пиняев, Пинягин, Пинясов. Все они восходят к одному корню, но разошлись по разным ветвям из-за диалектных особенностей и особенностей документирования. Сама фамилия Пенясов — нечастая, что делает её ещё более интересной для тех, кто пытается восстановить историю своего рода.