Фамилия Пупенкова — женская форма фамилии Пупенков, и её происхождение стоит разбирать через мужской вариант. В основе лежит прозвище или нецерковное имя Пупенок. Суффикс -енок в древнерусском языке был уменьшительным и одновременно указывал на молодое существо или детёныша: волчонок, телёнок, а в фамилиях — на потомка. То есть Пупенок — это «маленький Пуп» или «сын Пупа». Ударение в фамилии обычно падает на второй слог: Пупенко́ва.

Само слово «пуп» имело в народной культуре несколько значений. Прямое — часть тела, пупок. Переносное — центр, середина, «пуп земли». Но в прозвищах чаще всего речь шла о внешности: так могли назвать человека с заметным, выпуклым животом, либо, наоборот, с втянутым пупком, что было редкостью и бросалось в глаза. Также «пупом» в некоторых говорах называли коротышку или упитанного ребёнка.

Модель образования фамилии — характерная для южнорусских и украинских земель, где суффикс -енко (в русской адаптации -енков) указывал на отчество: «чей сын?» — Пупенков, то есть «сын Пупенка». Со временем фамилия закрепилась и распространилась, но её географическая привязка неширокая. По данным современных справочников, фамилия Пупенков встречается в основном в Курской, Белгородской, Воронежской областях, а также на востоке Украины — в Сумской и Харьковской областях. Это подтверждает её южнорусские корни.

Есть и более прозаичная версия: в некоторых говорах «пупенёк» — это бутон, почка растения. Прозвище могли дать человеку невысокого роста или с округлыми чертами лица. Однако эта гипотеза менее распространена, так как основные ономастические работы (например, словарь Б. Унбегауна) связывают фамилии с корнем «пуп-» именно с прозвищами по внешности.

Таким образом, предки современных носителей фамилии Пупенкова жили на юге России или в Малороссии, и родоначальник, скорее всего, получил прозвище за какую-то особенность фигуры — возможно, за полноту или низкий рост. Сословной привязки у фамилии нет: её могли носить и крестьяне, и мещане, и казаки.