Фамилия Пензиева — женская форма мужской фамилии Пензиев, которая образована от прозвища или географического названия. В основе, скорее всего, лежит слово «пензяк» — так в старину называли уроженца Пензы или Пензенского края. Прозвище Пензяк (или Пензий) могли дать переселенцу из этих мест, и оно закрепилось за его потомками в виде фамилии Пензиев. Суффикс -ев указывает на принадлежность: «чей?» — сын Пензия.

Фамилия редкая, но не уникальная. Сходные по модели встречаются в Поволжье и центральной России, где были значительные потоки переселения из Пензенской губернии. Альтернативная, менее вероятная версия — от тюркского имени или прозвища Пензи (например, от «пендж» — «пять» в некоторых тюркских языках), но звуковое совпадение с названием города Пенза делает первую версию основной.

О сословной принадлежности носителей фамилии в прошлом сказать сложно — в метрических книгах Пензиевы встречаются и среди крестьян, и среди мещан, что типично для фамилии, образованной от места выхода. Важная деталь: написание через «и» (Пензиев, а не Пензев) сохраняет старую огласовку прозвища, что отличает её от более прямых «пензенских» фамилий вроде Пензин или Пензев.