Фамилия Пензева образована от прозвища Пензя, и у этого прозвища есть как минимум три правдоподобных объяснения. Самая изящная версия ведет к украинскому слову «пензель» — «кисть». Так на юге России и Украине могли назвать художника или маляра, того, кто работает кистью. Слово попало в украинский из польского или немецкого (немецкое Pinsel), а в русских говорах закрепилось именно в форме «пензель». Поэтому Пензей могли прозвать живописца, иконописца или просто маляра — прозвище по ремеслу, а не по имени.

Вторая версия отсылает к литовскому слову penus — «тучный». В этом случае прозвище Пензя получил полный, дородный человек. Версия не самая сильная: литовские заимствования в русских фамилиях встречаются, но чаще на северо-западе, в землях бывшего Великого княжества Литовского. Для фамилии Пензева, если она не имеет четкой региональной привязки, эта гипотеза выглядит менее убедительной, хотя и не исключена.

Третья версия связывает фамилию с топонимом Пенза. Название реки Пенза, по распространенному мнению, восходит к индоиранскому panzu — «песок», «пыль», то есть переводится как Песочная. Тогда Пензей могли называть выходца с берегов Пензы или переселенца из этих мест. Такая версия хорошо объясняет фамилию, если предки жили в Поволжье или в районах, откуда шло переселение в другие губернии.

Словообразовательная модель проста: суффикс -ев присоединен к основе Пенз-, а конечное -а в прозвище Пензя — это типичный для русских прозвищ «уменьшительный» или разговорный формант, как в прозвищах Кузя, Вася. Фамилия Пензева — женская форма, мужской вариант — Пензев. Такая модель с суффиксом -ев, а не -ов, указывает на основу, оканчивающуюся на мягкий согласный или на -й, что согласуется с прозвищем Пензя.

Какую версию выбрать? Если опираться на географию и историю, наиболее вероятна связь с ремеслом художника или маляра: слово «пензель» было живым в южнорусских и украинских говорах, а прозвища по профессии давали часто и охотно. Топонимическая версия тоже сильна, но она требует, чтобы фамилия встречалась в основном в Пензенской губернии и соседних областях. Если же фамилия распространена шире, ремесленная версия перевешивает.

Точных сведений о том, когда именно возникла фамилия и кто был ее первым носителем, нет. Но в любом случае Пензева — это фамилия-прозвище, которая либо описывает человека по его занятию, либо по внешности, либо по месту жительства. Все три версии сходятся в одном: фамилия не искусственная, а народная, и за ней стоит живой человек, которого так окликнули соседи или односельчане.