Фамилия Пуненкова — женская форма фамилии Пуненков, и её происхождение стоит искать в прозвище или имени дальнего предка по мужской линии. Основа «Пуненк-» с большой вероятностью восходит к диалектному слову «пунька» — так в северных и центральных говорах называли небольшую постройку для хранения сена или мякины, а иногда и сарай для скота. Если предок жил при такой постройке или сторожил её, его могли прозвать Пунька, а потомка — Пуненков. Суффикс «-енк-» в данном случае уменьшительно-пренебрежительный, что характерно для прозвищ, образованных от бытовых реалий: так же появились Сараенков, Амбаренков.

Менее вероятная, но возможная версия — связь с глаголом «пунить» (надувать, пыжиться) или с диалектным «пуня» (напыщенный человек). В этом случае прозвище Пуненок мог получить хвастун или обидчивый человек. Однако первая версия, с хозяйственной постройкой, встречается в ономастике чаще: фамилии от названий построек и участков — один из продуктивных типов русских фамилий, особенно в среде крестьян и однодворцев.

Фамилия Пуненков (и Пуненкова) географически привязана к Центральной России и Поволжью. По данным переписей и метрических книг XIX века, носители этой фамилии встречаются в Тамбовской, Рязанской и Саратовской губерниях. В этих местах слово «пунька» было в ходу, а местное население часто получало фамилии по прозвищам от хозяйственных реалий.

Словообразовательная модель проста: к основе «Пуненк-» добавлен суффикс «-ов», указывающий на принадлежность: «чей?» — Пуненков, то есть сын или потомок Пуненка. В женском роде — Пуненкова. Фамилия недворянская, скорее всего, крестьянская или мещанская, что подтверждается её распространением в податных сословиях. Дворянские роды с такой фамилией в гербовниках не зафиксированы.

Если искать однокоренные фамилии, то Пуненков стоит в одном ряду с Пунькиным, Пуниным и Пуньковым. Все они образованы от одного корня «пун-» с разными суффиксами. Разница в том, что Пуненков — более редкий вариант, сохранивший уменьшительную форму прозвища, что делает фамилию характерной для тех мест, где любили называть людей по маленьким, «домашним» признакам.