Фамилия Пенжалиев — редкая и неочевидная с точки зрения русского словообразования. Её главная загадка кроется не в суффиксе, а в основе. Суффикс -ев указывает на типичную русскую модель образования от отчества или прозвища: «чей?» — Пенжалиев, то есть сын или потомок человека по имени или прозвищу Пенжали. Но само имя Пенжали в русском именослове не встречается.

Здесь мы выходим на географию и этническое происхождение. Фамилия Пенжалиев с высокой вероятностью восходит к тюркским или иранским корням, распространённым среди народов Кавказа и Средней Азии. Наиболее правдоподобная версия связывает основу с мужским именем Пенжали, которое состоит из двух частей: «пендж» (пять) и «али» (высокий, возвышенный, имя Али). В тюркских и персидских языках «пендж» (или «беш») означает число пять, а «али» — один из эпитетов Аллаха или имя четвёртого халифа. Имя Пенжали могло даваться ребёнку как пожелание быть «пятым Али» или символизировать пять столпов ислама.

Таким образом, фамилия Пенжалиев — это русифицированная форма тюркского или таджикского отчества. Носители фамилии, скорее всего, происходят из регионов с сильным влиянием ислама и тюркских языков: Дагестан, Азербайджан, Таджикистан, Узбекистан или горские еврейские общины (где также встречаются имена с компонентом «али»). При переписях и паспортизации в XIX–XX веках такие имена записывались на русский лад с суффиксом -ев, что закрепило фамилию в документах.

В отличие от фамилий на -ов (Пенжалов), форма на -ев здесь закономерна: основа оканчивается на мягкий согласный или гласный «и» (Пенжали → Пенжалиев). В русской среде такая фамилия — явный маркер не славянского, а восточного корня, и её носители, как правило, знают о своей родовой связи с исламской культурой.