Фамилия Пеньзева — женская форма, мужская будет Пеньзев. Она происходит от прозвища или нецерковного имени Пень. В основе лежит слово «пень» — часть ствола спиленного дерева, оставшаяся в земле. Прозвище Пень в Древней Руси давали человеку упрямому, неповоротливому или коренастому, приземистому. Такое именование встречается в старых документах, например, крестьянин Пень упомянут в новгородских писцовых книгах XVI века.

Фамилия образована по продуктивной модели: к основе Пень- добавился суффикс -ев, указывающий на принадлежность («чей?» — Пеньзев). Буква «з» в середине — результат фонетического процесса: в диалектах или при склонении прозвища Пень могло появиться промежуточное «з» (сравните: Пень — Пеньзя, Пеньзев). Такой переход не редкость в русских фамилиях, ср. Кузьмин — от Кузьма, где «зь» смягчается и озвончается.

Географически фамилия Пеньзева редкая. Основные очаги бытования — центральные и южные регионы России: Курская, Белгородская, Воронежская области, а также Поволжье. Встречается и среди старообрядческих общин, где сохранялись архаичные прозвища. В дореволюционных метрических книгах Пеньзевы фиксировались как крестьяне и мещане, никаких дворянских родов с такой фамилией не известно.

Словообразовательно фамилия стоит в ряду однокоренных: Пеньков, Пенькин, Пенёв. Но Пеньзев выделяется дополнительным суффиксальным наращением -з-, что делает её более редкой и диалектно окрашенной. Если Пеньков могло означать «сын Пенька» (уменьшительное), то Пеньзев прямо отсылает к прозвищу Пень без уменьшения, с характерным для южнорусских говоров «звяканьем» — заменой мягкого «нь» на «зь» перед гласной.

Таким образом, предки носительницы фамилии Пеньзева скорее всего получили прозвище за внешность или характер — коренастый, упёртый человек, «как пень». Фамилия крестьянская, не аристократическая, но с живой исторической основой, сохранившей отзвук древнерусского быта и диалекта.