Фамилия Пуленков образована от прозвища или нецерковного имени Пуленок. Основа здесь — слово «пуля», но не в современном значении «снаряд», а в более старом, диалектном. В русских говорах «пулей» называли небольшой мяч, шарик, а также утолщение, шишку или нарост. Человек по прозвищу Пуленок мог получить его за круглую, плотную фигуру, за манеру быстро и резко двигаться (как пуля) или за привычку носить с собой какой-нибудь округлый предмет — например, точёный шарик для игры.

Суффикс -енок в основе фамилии указывает на уменьшительно-ласкательную или «детскую» форму. В древнерусской антропонимии такие имена на -енок, -онок часто давали младшим членам семьи или подмастерьям: Пуленок — буквально «маленький Пуля». Фамилия же образована по стандартной патронимической модели: Пуленок → Пуленков, то есть «сын Пуленка». Окончание -ов — самый распространённый русский фамильный суффикс, означающий принадлежность.

Менее вероятная, но допустимая версия связывает фамилию с профессией. В некоторых ремёслах «пулей» называли инструмент для пробивания отверстий или особый вид молотка. Тогда Пуленок — это подмастерье или ученик мастера, работавшего таким инструментом. Однако прозвищная версия надёжнее: фамилии от названий орудий труда встречаются реже, чем от личных прозвищ.

Географически фамилия Пуленков тяготеет к центральным и южнорусским областям, особенно к бывшим Тульской, Рязанской и Орловской губерниям. Это регионы, где было развито кустарное производство и где говор сохранил слово «пуля» в значении «шарик». Встречаются и однокоренные фамилии: Пулин, Пуликов, Пуляев — все они восходят к тому же корню, но с разными суффиксами.

Сословной привязки у Пуленковых нет: это фамилия крестьянская и мещанская. В документах XVIII–XIX веков носители фамилии числятся в основном как государственные крестьяне и однодворцы. Дворянских родов с такой фамилией не зафиксировано.