Фамилия Пензова — это женская форма, а мужская, Пензов, образована от прозвища или мирского имени Пенза. Вопрос о происхождении этого имени не имеет однозначного ответа, и здесь сталкиваются как минимум три версии, от бытовой до географической.

Самая распространенная и правдоподобная гипотеза связывает прозвище с топонимом Пенза. Так могли назвать человека, который был уроженцем этого города или долгое время жил в нем. В старину, когда фамилии только начинали закрепляться, прозвище по месту жительства было самым простым способом отличить одного Ивана от другого: Иван Рязанец, Федор Москвич, а тут — Пенза. Эта версия выглядит логично еще и потому, что для русского уха название города звучит как обычное прозвище, а не как инородное слово.

Другая, более экзотическая версия, выводит прозвище из украинского слова «пензель», то есть кисть. Если следовать этой логике, то Пензой могли окрестить живописца или маляра, и тогда фамилия относится к разряду «профессиональных» именований. Однако эта гипотеза слабее: она требует допущения, что украинское слово попало в великорусские говоры, а затем закрепилось как прозвище, что для центральной России маловероятно.

Третья версия — литовская. Она возводит основу к слову «penus», что значит «тучный». Тогда Пензой могли в насмешку назвать полного, дородного человека. Эта гипотеза имеет право на существование, но она еще менее убедительна, чем украинская, поскольку требует массового литовского влияния на русскую антропонимию, которое вряд ли было столь заметным.

Формант -ов в фамилии указывает на притяжательное значение: Пензов — это «сын Пензы», «человек из рода Пензы». Так что, скорее всего, предок носителей этой фамилии был человеком, чья связь с городом на Суре была настолько очевидна для окружающих, что заменила ему имя.