Фамилия Пестругин образована от прозвища Пеструга — так на Руси называли человека с приметной внешностью. В основе лежит прилагательное «пестрый»: разноцветный, рябой, пятнистый. Чаще всего прозвище давали за веснушчатое лицо, но возможны и другие причины. Пестругой могли назвать рябого человека, переболевшего оспой: у переживших эту болезнь на коже оставались рубцы и пестринки. Не исключено, что прозвище закрепилось за любителем яркой, пестрой одежды — в крестьянской среде такой человек тоже бросался в глаза.

Словообразовательная модель проста и прозрачна: прозвище Пеструга + патронимический суффикс -ин, который указывал на принадлежность потомку. Пестругин буквально значит «сын Пеструги». Такая модель типична для русских фамилий, сложившихся из прозвищ, и не несет сословной окраски: ее могли носить и крестьяне, и служилые люди.

Однокоренные прозвища и фамилии документированы рано. В труде С. Б. Веселовского «Ономастикон» упоминаются: Пестрик, дьяк князя Андрея Васильевича Углицкого, вторая половина XV века; Пеняй Пестриков, послух, середина XV века, Переяславль; Пестриковы, помещики, с конца XV века, Новгород; Иван Семенович Пестрик Толызин; князь Федор Федорович Пеструха Палецкий, сын Федора Пестрого, вторая половина XV века; наконец, сам князь Федор Давидович Палецкий по прозвищу Пестрый, упоминаемый под 1425 годом. Эти примеры показывают, что прозвища с корнем «пестр-» бытовали в разных слоях общества — от великокняжеских дьяков до удельных князей. Особенно показательна княжеская ветвь Палецких: прозвище Пестрый передавалось от отца к сыну, что говорит о его устойчивости и даже наследственном характере еще до закрепления фамилий.

Фамилия Пестругин — одна из поздних форм этого гнезда. Если Пестриковы и Пеструхины фиксируются уже в XV–XVI веках, то форма на -угин, вероятно, сложилась чуть позже, когда прозвищные фамилии массово оформлялись в XVI–XVII веках. Суффикс -уга в основе придает прозвищу фамильярно-уменьшительный оттенок, характерный для северорусских и новгородских говоров. Это позволяет предположить, что предки Пестругиных жили на русском Севере или в новгородских землях, где такие формы были особенно употребительны.