Фамилия Петруненков отвечает на вопрос «чей?» и образована от личного имени Петруня — уменьшительно-ласкательной формы крестильного имени Пётр. С древнегреческого это имя переводится как «камень», и в православной традиции оно связано с апостолом Петром, одним из ближайших учеников Иисуса Христа. Однако в словообразовании фамилии есть особенность, которая выделяет её среди множества «Петровых» и «Петрушиных»: суффикс -енк-, указывающий на украинское или белорусское происхождение основы. Фамилии вроде Петруненко, Петренко, Петруненков строятся по модели «сын Петруни», то есть потомок человека, которого в быту звали Петруней.

Дальше судьба фамилии сложилась типично для многих южнорусских родов. Когда носители фамилии Петруненко переселялись в великорусские губернии, их фамилию русифицировали, добавив патронимический суффикс -ов. Так Петруненко превратился в Петруненкова. Это не единичный случай: аналогично возникли фамилии Гончаренков, Коваленков, Шевченков — украинская основа плюс русский «фамильный» суффикс. Поэтому Петруненкова можно назвать фамилией-«переселенцем», которая хранит память о южных корнях рода, но звучит уже по-русски.

Интересно, что ударение в фамилии чаще ставят на второй слог — Петру́ненков, хотя исходное имя Петруня произносится с ударением на последнем слоге. В написании иногда встречается вариант Петрунёнков с буквой «ё», но в документах и бытовом употреблении закрепилась форма через «е».

Сам корень фамилии — Петрун- — встречается и в других фамилиях: Петрунин, Петрунькин, Петрункевич. Но именно сочетание с -енк- и последующим -ов делает Петруненкова фамилией с двойной историей: сначала она сформировалась на украинских землях как обозначение сына Петруни, а затем адаптировалась в русской среде. Покровителем имени считается святой апостол Пётр, которого в народе называли «ключником рая» — по преданию, именно ему Христос вручил ключи от Царствия Небесного. Эта символика «камня» и «ключа» могла влиять на выбор имени для ребёнка, но сама фамилия ничего не говорит о характере или профессии предка — она указывает только на родство с человеком по имени Петруня.