Фамилия Петряенкова — женская форма фамилии Петряенков, и её разбор сразу выводит на редкую словообразовательную модель. В отличие от массовых фамилий на -ов/-ев или -ин, здесь работает суффикс -енков, характерный в основном для южнорусских и украинских земель. Если бы фамилия оканчивалась на -енко, она бы однозначно воспринималась как украинская, но суффикс -енков — это уже обрусевшая форма, которая закрепилась в документах после переписи или при переселении в великорусские губернии. То есть носители фамилии, скорее всего, происходят из регионов, где пограничные русско-украинские говоры смешивались: Курская, Воронежская, Белгородская области или бывшая Слобожанщина.

Основа фамилии — имя Петряй. Это не полное имя Пётр, а его обиходная, разговорная форма, как Степан — Степа, Иван — Ваня. Петряй — уменьшительное от Пётр, образованное с помощью суффикса -яй, который в древнерусской антропонимии давал прозвищные имена (сравните: Добрыняй, Нечай). Такие имена фиксировались в писцовых книгах XVI–XVII веков, и человек по имени Петряй мог быть как крестьянином, так и посадским. Фамилия Петряенков, таким образом, означает «потомок Петряя»: сначала было отчество Петряенок (сын Петряя), а затем оно застыло в фамильной форме.

Есть и альтернативная версия, но она слабее. Иногда в фамилиях на -енков видят следы литовского или польского влияния, где -енк- — суффикс принадлежности. Однако для Петряенкова это натяжка: имя Пётр — общеславянское, а география фамилии указывает на восточнославянский, а не западный ареал. Так что версия с прозвищным именем Петряй остаётся основной.

По сословному составу судить сложно: фамилии на -енков встречались и у крестьян, и у однодворцев (особенно в южных уездах). Однодворцы — это потомки служилых людей, которые несли сторожевую службу на границе, и их фамилии часто сохраняли старые прозвищные формы. Возможно, предки Петряенковых были именно такими пограничными землепашцами-воинами. Но это лишь предположение, основанное на типичной судьбе фамилий этой модели.

В написании фамилии нет вариаций: Петряенков/Петряенкова — единственный устойчивый вариант. Двойное «е» в корне (Петр- → Петря-) объясняется чередованием: в древнерусском языке имя Пётр звучало как Петръ, а в уменьшительной форме «е» под ударением переходило в «я» (Петряй). Такое же чередование видим в фамилиях Петряев, Петрягин, Петряшов — все они от одного корня, но с разными суффиксами. Петряенкова стоит в этом ряду особняком из-за редкого суффикса, который выдаёт южное происхождение носителей.