Фамилия Пеструхина — женская форма, мужская — Пеструхин. Эта фамилия образована не от имени, а от прозвища, и её основа — слово «пёстрый». В русских говорах «пеструхой» называли пёструю курицу, корову или другую домашнюю живность с неоднородным окрасом. Но прозвище Пеструха давали не животному, а человеку — скорее всего, за рябую кожу, веснушки, либо за пёструю, небрежную одежду. В северных и центральных губерниях России слово «пеструха» могло означать ещё и «пёстрая ткань» или «ситец», так что прозвище могло закрепиться за торговцем мануфактурой.

Модель образования простая: к основе «Пеструх-» добавили патронимический суффикс «-ин», который в русской ономастике указывает на принадлежность к главе семьи. Пеструхин — буквально «сын Пеструхи». Такая модель (суффикс -ин) характерна для фамилий, образованных от прозвищ и имён, оканчивающихся на -а, -я: Пеструха → Пеструхин. В отличие от фамилий на -ов/-ев, которые чаще возникали от слов мужского рода, фамилии на -ин нередко сохраняют след прозвища, данного по внешности или поведению.

Фамилия редкая, не входит в сотни самых распространённых. Встречается в основном в Поволжье и на Урале — в Пермском крае, Кировской области, Татарстане. Там же фиксируются однокоренные варианты: Пестряков, Пестряев, Пеструшов. Любопытно, что в некоторых говорах «пеструхой» называли не только живность, но и пёструю сороку — отсюда могло пойти прозвище болтливого или крикливого человека. Вторая версия, менее вероятная, возводит фамилию к диалектному глаголу «пестрить» в значении «делать пёстрым», «рябить», но она не подкреплена документальными источниками.

Сословного барьера фамилия не имела: Пеструхиными могли быть и крестьяне, и мещане. В ревизских сказках XVIII–XIX веков эта фамилия встречается у государственных крестьян Вятской губернии — там прозвища по внешности давали особенно часто из-за густой сети мелких деревень, где каждый был на виду.