Фамилия Пенюгалова — женская форма от Пенюгалов, а та, в свою очередь, образована от прозвища Пенюга. Основа здесь — слово «пеня», которое в старорусском языке означало не только упрёк или укор, но и штраф, денежное взыскание (отсюда, кстати, и современное «пеня» за просрочку). Суффикс -уга в прозвище — характерный для северных и северо-восточных русских говоров (сравните: «зверюга», «хапуга»). То есть Пенюга — это человек, имевший отношение к пеням: либо тот, кто их налагал (сборщик штрафов, судейский или церковный чиновник), либо, наоборот, тот, кто их постоянно платил, то есть должник или провинившийся.

Второй, менее вероятный вариант — связь с диалектным словом «пенюг» или «пенюга», которое в некоторых говорах означало «пень», «корягу» или «неповоротливого человека». Тогда прозвище могло характеризовать не профессию, а внешность или характер. Однако первая версия (связь с пеней и взысканием) выглядит убедительнее, потому что в документах XVI–XVII веков встречаются прозвища Пеня, Пенкин, Пенюгин именно в контексте денежных повинностей.

Суффикс -ов в основе фамилии указывает на типичную модель русских фамилий, означающих «чей?» — то есть сын Пенюги, сын Пенюгалова. Географически фамилия редкая, её корни, скорее всего, уходят в северные земли — Вологодчину, Архангельскую область или Прикамье, где суффикс -уга был особенно распространён. В дореволюционных списках фамилия не фигурирует среди дворянских или купеческих родов — это крестьянская или посадская фамилия, возникшая не позднее XVII века.

Сейчас фамилия встречается единично, в основном на Урале и в Сибири, куда предки могли переселиться в ходе колонизации или после реформ. Носительница фамилии может смело связывать своё происхождение с миром старых русских порядков и повинностей — её предок был либо строгим блюстителем казённой пени, либо тем, кто эту пеню исправно платил.