Фамилия Пепенцева — женская форма, а её мужской вариант Пепенцев. Она образована по стандартной русской модели с суффиксом -ев, который присоединялся к основам на мягкий согласный или ц. В данном случае корень — Пепенц-.

Самая очевидная и правдоподобная версия связывает фамилию с диалектным словом «пепенец» или «пепеня». В южнорусских говорах, особенно в рязанской, тамбовской и воронежской областях, так называли золу, пепел, а иногда и нечто мелкое, пыльное или невзрачное. Сравните с украинским «попіл» и белорусским «попел». Прозвище Пепенец могли дать человеку с очень бледным, сероватым цветом лица, либо тому, кто работал с золой — например, золотарю или печнику. Встречается и переносное значение: «непутевый, никчемный человек», но это скорее экспрессивная окраска, а не основное.

Менее вероятна, но возможна связь с тюркскими корнями. В некоторых тюркских языках есть слова, созвучные «пепен» или «пепенек», означающие «мотылек» или «бабочка». В таком случае прозвище могло указывать на легкий, порхающий характер или внешнюю хрупкость. Однако для центральной России, где фамилия встречается чаще, славянская версия с золой и пеплом выглядит убедительнее: она опирается на живую диалектную лексику и бытовые реалии.

Географически фамилия Пепенцева редкая. Встречается в основном в Тамбовской, Липецкой и Рязанской областях, что подтверждает южнорусское происхождение. В дореволюционных метрических книгах её носители — в основном крестьяне и мещане. Сословных перегородок фамилия не ставила: это типичная «прозвищная» фамилия, закрепившаяся за одним родом.

Форма на -ев, а не на -ов, указывает, что в основе лежало слово, оканчивающееся на -ец: Пепенец. При образовании фамилии звук «ц» смягчился, и суффикс принял вид -ев. В старых документах могли встречаться варианты Пепенцов или Пепенцовъ — это следы неустойчивого произношения, но современная норма закрепилась как Пепенцев.

Искать в этой фамилии древнюю аристократию или книжное происхождение не стоит. Перед нами — бытовое прозвище, которое стало родовым именем. Предки носителей фамилии, скорее всего, жили в черноземной полосе, занимались земледелием или ремеслом, а прозвище получили либо по цвету волос или кожи (пепельный), либо по роду занятий, связанных с золой.