Фамилия Пеньжин, на первый взгляд, кажется простой, но её разбор упирается в неочевидный корень. Модель образования типична для русских фамилий: основа + суффикс -ин, указывающий на принадлежность «сын такого-то» или «из семьи такого-то». Сложность в том, что основа «Пеньж-» не встречается в современном русском языке как самостоятельное слово. Это сразу отсекает версию о связи с «пень» — тогда фамилия звучала бы как Пеньков или Пенёв.

Самое вероятное объяснение — фамилия происходит от прозвища или имени Пеньга. В русских говорах, особенно на севере (архангельские, вологодские), «пеньга» означала мелкую монету, деньгу. Слово заимствовано из финно-угорских языков (ср. карельское «пенга» — деньга). Прозвище Пеньга мог получить либо скупой человек, либо, наоборот, тот, кто водился с деньгами, торговал мелочью. В документах XV–XVII веков встречаются крестьяне и посадские с таким прозвищем, что подтверждает его бытовую реальность.

Менее распространённая, но не исключённая версия — связь с коми-пермяцким или удмуртским словом «пень» (сравни «пеньыс» — конец, край) или с названием реки Пеньжа в бассейне Камы. В таком случае фамилия могла указывать на выходца с определённого места — из района реки Пеньжа или из деревни с похожим названием. Такие топонимические фамилии на -ин (Пеньжин) характерны для восточных регионов европейской России.

Суффикс -ин, а не -ов, часто указывает на прозвищное происхождение от слова женского рода или на принадлежность к роду конкретного человека (Пеньга → Пеньжин сын). Географически фамилия Пеньжин встречается редко, с заметным скоплением в Кировской области и Удмуртии, что косвенно поддерживает топонимическую или финно-угорскую версию. В дворянских родословных книгах фамилия не значится — это крестьянская или посадская фамилия, закрепившаяся в среде, где прозвища давали по бытовым приметам или занятиям.