Фамилия Пустогачева — женская форма фамилии Пустогачев, которая образована от прозвища Пустогач. Это редкая и выразительная фамилия, построенная по продуктивной модели с суффиксом -ев, указывающим на принадлежность: Пустогачев буквально означает «сын Пустогача». Основа прозвища — сложение двух корней: «пусто-» (от «пустой») и «-гач» (от «гачи», «гач» — диалектное слово, означающее штанину, часть одежды, покрывающую ногу, или, в более широком смысле, ногу, бедро). Таким образом, Пустогач — человек, у которого «пустые гачи», то есть либо рваные, худые штаны, либо ноги без одежды, либо, в переносном смысле, бедняк, чья одежда — одна видимость.

В русских говорах слово «гачи» известно в значении «штаны», «порты» (от древнерусского «гача» — «штанина»). Сложение с «пустой» давало яркое, иногда ироничное прозвище. В ономастике подобные фамилии (Пустовалов, Пустозёров) относят к «говорящим» — они прямо указывали на внешний вид или имущественное положение человека. Версия, что прозвище могло относиться к человеку, который «пусто гачит» (то есть делает что-то впустую), менее вероятна: глагол «гачить» в значении «делать» не зафиксирован в словарях русских народных говоров.

Фамилия Пустогачев встречается редко, преимущественно в северных и центральных регионах России, а также в Сибири, куда переселенцы принесли её из Архангельской и Вологодской губерний. География бытования подтверждает, что прозвище возникло в среде крестьян и ремесленников, где внешний вид и достаток были первым, что бросалось в глаза. Сословная принадлежность носителей — почти исключительно податные сословия: крестьяне и мещане; в дворянских родословных книгах фамилия не зафиксирована.

Особенность написания — окончание -ев, а не -ов: это указывает на то, что основа прозвища оканчивалась на мягкий согласный или шипящий (гач — «гач»). В современном русском языке фамилия склоняется как обычное притяжательное прилагательное, но в речи нередко встречается вариант Пустогачев с ударением на последний слог, хотя по правилам ударение должно падать на второй слог: Пустога́чев.