Фамилия Пензев образована от прозвища Пензя. По одной из версий, оно восходит к украинскому слову «пензель» - «кисть». Вероятно, прозвище относится к так называемым «профессиональным» именованиям, содержащим указание на деятельность основателя фамилии: он мог быть художником. Согласно другой версии, в основе прозвища лежит литовское прилагательное «penus» - «тучный». В таком случае Пензей, возможно, окрестили полного человека. Наконец, нельзя исключить, что прозвище связано с топонимом Пенза. Можно предположить, что предок носителя фамилии Пензев был уроженцем или жителем Пемзы. Таким образом, потомок человека, обладающего прозвищем Пензя, со временем получил фамилию Пензев.