Фамилия Петрунёнкова ведёт начало от мужского крестильного имени Пётр, которое в переводе с древнегреческого означает «камень». Однако напрямую от полной формы имени фамилию не образовали: в её основе лежит уменьшительно-ласкательный вариант Петруня. Так в народной среде называли и взрослого мужчину, и мальчика, и эта форма бытовала в повседневном общении гораздо чаще, чем полное церковное имя.

Чтобы понять, как появилась фамилия, разберём её по составу. Сначала от имени Петруня образовали отчество-патроним Петрунёнок — так говорили о сыне, внуке или вообще о молодом потомке Петруни. Суффикс -ёнок в русских фамилиях встречается реже, чем привычные -ов или -ин, и это как раз тот случай, когда модель словообразования выдаёт региональные корни рода. Формы на -ёнок/-онок типичны для северных и центральных земель России, а также для территорий, которые осваивали выходцы из этих областей. Позже отчество Петрунёнок закрепилось за детьми уже как наследственное прозвище семьи, и тогда к нему добавили стандартный фамильный суффикс -ов, получив форму Петрунёнков.

Скорее всего, основатель рода Петрунёнковых был выходцем из рабочей или крестьянской среды. На это указывает сам тип фамилии: патронимы от просторечных форм крестильных имён в дворянской среде почти не встречались, зато были обычным делом среди крестьян, ремесленников и посадских людей. Фамилия не указывает на сословную принадлежность прямо, но её бытовая, «домашняя» основа говорит о том, что предки жили не в столицах, а в гуще народа, где имя Петруня звучало естественно и привычно.

Смысловая цепочка получается такой: Пётр — Петруня — Петрунёнок — Петрунёнков. Каждое следующее звено сужало значение: сначала это был конкретный человек, потом его сын, а затем уже целый род. Со временем потомки человека по имени Петруня получили фамилию Петрунёнков, а женщина из этого рода носит форму Петрунёнкова. Так в одной фамилии сохранилась память о далёком предке, которого когда-то ласково называли Петруней.