Фамилия Пупсова — редкий случай, когда основа явно восходит к прозвищу или неофициальному имени, а не к церковному календарю. В её основе лежит слово «пупс» — кукла, маленький ребёнок. В русских говорах у этого слова не было отрицательного оттенка, скорее, ласкательное или шутливое: «пупсик», «пупыш» — о пухлом, круглолицем, крепком малыше. Так могли назвать младшего в семье, позднего ребёнка или просто человека небольшого роста и полного телосложения.

Словообразовательная модель проста: суффикс -ов- указывает на принадлежность («чей?» — Пупсов), а окончание -а — на женский вариант фамилии. То есть Пупсова — это женщина из рода Пупсовых. Мужская форма — Пупсов. Фамилия образована не от крестильного имени, а от мирского прозвища, что характерно для крестьянской среды XVI–XVII веков, когда церковные имена были обязательными, но в быту людей часто называли по внешности или поведению.

Географически фамилия Пупсова встречается редко и локально. По данным современных телефонных справочников и баз переписи, её носители сосредоточены в центральной России — в Тверской, Ярославской, Московской областях. Встречается также на Урале, куда фамилия могла попасть с переселенцами в XVIII–XIX веках. В дворянских родословных книгах Пупсовы не значатся — это фамилия крестьянского или мещанского происхождения.

Ономасиологи (например, Б. Унбегаун в «Русских фамилиях») относят подобные образования к группе фамилий, возникших от прозвищ по внешним признакам. Прямых параллелей с фамилиями от «пуп» (пупок) здесь нет: «Пупс» — отдельное заимствованное слово, вошедшее в русский язык в XVIII веке из немецкого (Puppe — кукла). Это делает фамилию Пупсова относительно поздней по времени возникновения — не ранее середины XVIII столетия.