Фамилия Пустеленин — одна из тех, чей корень лежит на поверхности, но чья история сложнее, чем кажется. Основа фамилии — глагол «пустелить», то есть «пустословить, болтать вздор, говорить пустое». В русских говорах слово «пустель» или «пустеля» означало пустого, легкомысленного человека, болтуна. Суффикс -ин указывает на принадлежность: Пустеленин — сын Пустели, то есть потомок человека, за которым закрепилось прозвище Пустеля.

Модель образования типична для русских фамилий, но примечательна тем, что прозвище образовано не от названия профессии, а от черты характера или манеры поведения. В ономастике такие фамилии называют «характерологическими»: они прямо описывали носителя или его предка. Прозвище Пустеля могло быть не только уничижительным — в крестьянской среде им могли назвать говорливого, но незлого человека, либо того, кто любил пошутить впустую.

Встречается фамилия преимущественно в центральных и северных регионах России, особенно в бывших Вологодской и Костромской губерниях. Там слово «пустелить» было в ходу, а фамилии на -ин от прозвищ на -я характерны для этих мест (сравните: Пустелин, Пустельников). Вариант Пустеленин с двойным «е» — результат адаптации суффикса: основа на мягкий согласный (Пустеля) дала форму Пустеленин, а не Пустелин, хотя оба варианта возможны.

Спорных версий у фамилии почти нет: корень ясен, а попытки связать её с географическим названием (например, с пустынью или пустошью) наталкиваются на то, что слово «пустель» в этом значении не зафиксировано. Скорее всего, перед нами прозвище, которое закрепилось за родом в XVI–XVII веках, когда на Руси активно шёл процесс превращения уличных прозваний в наследственные фамилии.