Фамилия Петренкин — редкий случай в русской ономастике. Она образована по модели, которая встречается нечасто: к украинской фамилии Петренко пришили русский суффикс принадлежности -ин. Получился гибрид, который сразу говорит о географии и социальном контексте своих первых носителей.

Основа фамилии — украинская фамилия Петренко, где суффикс -енк(о) указывает на происхождение от отца: Пётр → Петренко — «маленький Пётр» или «сын Петра». Когда такой человек переселялся в великорусские губернии, местные писцы или помещики могли «обрусить» его фамилию, добавив -ин. В результате Петренко превращался в Петренкина — буквально «чей?» — «сын Петренко». То есть Петренкин означает «внук Петра» или «потомок Петра по линии сына».

Географически фамилия тяготеет к южнорусским регионам, где смешивались украинское и русское население: Курская, Воронежская, Ростовская области, а также Кубань. В списках однодворцев и казаков такие «двойные» фамилии не редкость — они маркировали человека, пришлого с Украины, который постепенно встраивался в русскую сословную систему.

Суффикс -ин в фамилии Петренкин нестандартен для украинских основ: обычно русские фамилии на -ин образуются от существительных с окончанием -а/-я (Петя — Петин, Кузьма — Кузьмин). Здесь же основа заканчивается на -о, что для -ин — исключение. Это лишний раз подтверждает, что фамилия не исконная, а производная, вторичная. Встречаются и варианты написания: ПетренкИн и ПетренкОв (последний — по более стандартной модели, через суффикс -ов), но Петренкин закрепился именно как «обрусевший» вариант.

В дореволюционных метрических книгах фамилия фиксируется с конца XVIII века — например, в Курской губернии среди государственных крестьян. Знатных родов с этой фамилией нет, она оставалась крестьянской и мещанской. Сегодня носители Петренкиных рассеяны по всей России, но наибольшая концентрация — в Белгородской и Волгоградской областях.