Фамилия Пензеева — одна из тех, где корень на первый взгляд ясен, но при ближайшем рассмотрении таит несколько возможных объяснений. Основа «Пенз-» сразу отсылает к городу Пенза, и это первая и самая очевидная версия: фамилию могли дать выходцу из этих мест. В русской ономастике такие «географические» прозвища были распространены: человека, переселившегося из другого региона, называли по месту прежнего жительства — Пензенец, Пензяк, а уже от этого прозвища образовалась фамилия Пензеев.

Однако суффикс «-еев» (а не «-ов») указывает на то, что основа оканчивалась на мягкий согласный или «й». То есть исходным было слово «Пензей» или «Пензейка». В народной речи жителя Пензы могли называть не только «пензяк», но и «пензей» — по аналогии с «туляк» и «туляй», «пермяк» и «пермей». Таким образом, Пензеев — это сын Пензея, то есть потомок человека, которого окрестили по месту рождения или жительства.

Есть и вторая, менее распространенная, но не менее интересная версия. В некоторых говорах «пензить» означало «медлить, тянуть, делать что-то неспешно». В этом случае прозвище Пензей мог получить неторопливый, основательный человек. Такой вариант объяснения встречается в работах по русской диалектной лексике, хотя и не так популярен, как топонимический. Обе гипотезы не противоречат друг другу: в разных семьях фамилия могла возникнуть независимо и по разным причинам.

Фамилия Пензеева — женская форма, указывающая на принадлежность к роду Пензеевых. В русской традиции такие фамилии на «-а» закрепились за женщинами еще в XIX веке, а в официальных документах фиксировались с конца XVIII столетия. Встречается фамилия преимущественно в Поволжье и центральных областях России, что косвенно подтверждает связь с Пензой, но отдельные носители разбросаны по всей стране. В дореволюционных переписях Пензеевы чаще числились среди государственных крестьян и мещан, то есть людей свободных, но не дворянского сословия.