Фамилия Пепеляева прямо отвечает на вопрос, что случилось с предком: её основа — древнерусское слово «пепел» и производное от него «пепелище». Но у этого корня два разных смысла, и от того, какой из них имели в виду, зависит, кем был человек, давший фамилию роду.

Первая версия — трагическая. Пепелищем называли место после пожара, и прозвище Пепеляй могли дать человеку, который лишился дома и всего имущества в огне. Такое несчастье в деревне не оставалось незамеченным, и горькое прозвище закреплялось за семьёй надолго. Однако у слова есть и прямо противоположное, почётное значение. В старину пепелищем называли родовое гнездо, отчий дом, наследованное от предков жилище или имение. В этом случае прозвище Пепеляй означало бы «хозяин родового гнезда», «коренной житель», тот, кто держится за отчий кров.

Словообразовательная модель проста и типична для северных и сибирских говоров: прозвище Пепеляй (с суффиксом -яй, придающим фамильярный, обиходный оттенок) перешло в притяжательное прилагательное «Пепеляев сын», а затем закрепилось как фамилия Пепеляевы. Суффикс -ев указывает на принадлежность: «чей?» — Пепеляев. Такая модель массово работала в XV–XVII веках, когда прозвища превращались в наследственные фамилии.

Интересно, что фамилия нередко встречается в Сибири и на Дальнем Востоке, что согласуется с историей известных носителей. Виктор Николаевич Пепеляев (1884–1920) — политический деятель, депутат IV Государственной думы, член ЦК партии кадетов, в 1919 году занимал пост министра внутренних дел, а затем премьер-министра в правительстве Колчака. Евгений Георгиевич Пепеляев (1918–2013) — лётчик-истребитель, полковник, участник Великой Отечественной войны на Дальнем Востоке, испытатель Ла-15. Во время Корейской войны он стал вторым по результативности асом советской авиации: на его счету 20 (неофициально 23) сбитых американских самолётов. Свои воспоминания он изложил в книге «МиГи против Сейбров».

Так что потомок человека по прозвищу Пепеляй — будь то погорелец или хранитель отчего дома — со временем получил фамилию Пепеляева. Обе версии происхождения имеют право на существование, и без дополнительных генеалогических данных выбрать одну из них сложно: слишком разное значение у одного и того же слова.