Фамилия Петрунькина, скорее всего, женская форма от мужской фамилии Петрунькин. Её основа — имя или прозвище Петрунька. Это уменьшительная форма от крестильного имени Пётр, что в переводе с греческого означает «камень, скала». В русском языке имя Пётр дало огромное количество производных форм: Петруша, Петруня, Петруха, Петрунька. Суффикс -к- в основе указывает на ласкательное или обиходное обращение.

Модель образования проста и типична для русских фамилий: к основе Петруньк- добавили притяжательный суффикс -ин-, который отвечал на вопрос «чей?». Петрунькин — значит «сын Петруньки» или «человек из рода Петруньки». Такие фамилии чаще всего возникали в среде крестьян и мещан, где отчество или прозвище отца закреплялось за детьми как фамильное имя. Ономасиологи (например, Б. Унбегаун в «Русских фамилиях») относят подобные модели к самым массовым в русской антропонимии.

Географически фамилия Петрунькина (и её мужской вариант) встречается преимущественно в центральных и северо-западных регионах России, а также в Поволжье. Встречается она и на Украине, но реже, так как там более характерны суффиксы -енко или -ук. В писцовых книгах XVII века можно найти упоминания крестьян Петрунькиных в Новгородской и Тверской губерниях, что подтверждает её давнюю бытовую природу.

Интересная деталь: фамилия Петрунькина стоит в одном ряду с такими однокоренными, как Петрунин, Петрушин, Петрухин. Разница в суффиксах указывает на разные местные говоры и манеру называть человека. Если Петрухин — от Петрухи (более грубоватая форма), то Петрунькин — от Петруньки (форма мягкая, почти ласкательная). Это говорит о том, что предок носителя фамилии был в своей среде «своим», близким человеком, к которому обращались по-домашнему.

Сословной привязки у фамилии нет: Петрунькины могли быть и крестьянами, и ремесленниками, и мелкими торговцами. Дворянских родов с такой фамилией не зафиксировано — она осталась в народной толще. Сейчас носительниц фамилии Петрунькина можно встретить по всей России, но чаще всего в Тверской, Ярославской и Московской областях.