Фамилия Пилтпенко — редкий случай, когда основа почти наверняка искажена при записи, а суффикс выдаёт географию. Суффикс -енко (вместо более частого украинского -енко) указывает на украинское или южнорусское происхождение: так оформляли фамилии в среде казачества и крестьянства Левобережной Украины и прилегающих областей. Но вот корень «Пилтп» — тёмный. В русском, украинском и польском языках нет слова с таким сочетанием согласных. Это почти наверняка описка или результат переосмысления при переписи.

Самая правдоподобная версия: фамилия восходит к прозвищу Пилт (или Пилть) от глагола «пилить» в значении «надоедать, приставать, пилить». В украинских говорах есть слово «пилтя» — ворчун, нудный человек. При добавлении суффикса -енко (сын такого человека) получилось бы *Пилтенко. Но при записи в документ могла вкрасться лишняя буква «п» — либо из-за неразборчивого почерка, либо под влиянием диалектного произношения (с придыханием или губным призвуком). Так Пилтенко превратилось в Пилтпенко.

Менее вероятно, но не исключено, что в основе лежит немецкая или прибалтийская фамилия Pilt (от немецкого Pilz — гриб, или от литовского pilti — сыпать, лить). Немецкие колонисты и ремесленники в XVIII–XIX веках оседали на юге Российской империи, и их фамилии нередко русифицировали через суффикс -енко. В этом случае Пилтпенко — это «сын Пилта», но с лишней буквой, возникшей при адаптации.

Если сравнивать с однокоренными фамилиями, то Пилтенко встречается чаще и прозрачнее по смыслу. Пилтпенко — её редкий вариант-дубль, закрепившийся в документах из-за ошибки. Носителей фамилии очень мало, и они почти все сосредоточены в восточных областях Украины и в приграничных районах России. Сословно это, скорее всего, потомки казаков или государственных крестьян — никаких дворянских родов с такой фамилией не зафиксировано.