Фамилия Пещаева — это женская форма, а её мужской вариант — Пещаев. В основе лежит прозвище или нецерковное имя Пещай, которое, скорее всего, связано с глаголом «пещать» — в некоторых русских говорах это означало «пищать», «издавать тонкий звук». Так могли прозвать человека с высоким голосом, ребёнка, который часто плакал, или же, напротив, ворчливого, постоянно недовольного человека. В словаре Владимира Даля «пещавый» — это «писклявый», «тонкоголосый», что прямо указывает на звуковую характеристику.

Модель образования проста и типична для русских фамилий: суффикс -ев присоединился к основе Пещай. Такие фамилии обычно возникали в среде крестьян и посадских людей, когда человека называли по его отцу или деду: «чей ты?» — «Пещаев сын», то есть потомок Пещая. Суффикс -ев, а не -ов, стоит потому, что основа оканчивается на мягкий согласный (й).

Встречается фамилия в основном в центральных и южных регионах России, особенно в бывшей Курской губернии и на Дону. Это не дворянская фамилия, а народная, образованная от просторечного прозвища. В отличие от фамилий, ведущих происхождение от церковных имён (например, Иванов от Иван), Пещаев — пример того, как в основу легло бытовое, «уличное» имя, данное по характерной черте.

Примечательно, что фамилия сохранила древнее чередование: в корне «скрип/писк» (ср. «пищать» и «пещать») отразился переход «е» в «я» под ударением. Это редкий случай, когда разговорная фонетика застыла в официальной записи. Однокоренных фамилий мало: можно вспомнить Пещалов (от «пещала» — пищаль, старинное ружьё) или Пищаев, но Пещаев стоит особняком — она короче и прозрачнее по смыслу.