Фамилия Пустынных — один из ярких примеров северорусской модели образования фамилий. Её выдает суффикс -ых (в современном написании часто -ин), который характерен для Архангельской, Вологодской, Вятской губерний и некоторых районов Сибири, куда переселялись выходцы с Русского Севера. В отличие от центральной России, где фамилии на -ов/-ев и -ин склонялись по падежам, в северных говорах закрепилась застывшая форма родительного или предложного падежа множественного числа: «из семьи Пустынных» буквально означало «из рода Пустынных». Такие фамилии не склоняются до сих пор.

Основа фамилии — прилагательное «пустынный». Вряд ли она связана с пустыней в географическом смысле: для северных территорий это нехарактерно. Скорее, прозвище Пустынный давали человеку, который жил на отшибе, в глухом, малолюдном месте — в пустыни, то есть в безлюдной, пустынной местности. В русских говорах слово «пустынь» означало не только монастырь, но и уединенное жилье, одинокий хутор или лесную заимку. Родоначальник фамилии мог быть отшельником, лесным охотником или крестьянином, поселившимся вдали от деревни.

Интересно, что фамилия Пустынных — редкая не только по форме, но и по семантике. Она стоит в одном ряду с такими северными фамилиями, как Лесных, Полевых, Дорожных, но её корень более специфичен. В центральных и южных областях России та же основа дала бы фамилию Пустынников или Пустынский — с другими суффиксами. Именно суффикс -ых и выдает в носителях фамилии Пустынных потомков крестьян или посадских людей из Поморья или Приуралья, где такие окончания были нормой.

В дореволюционных источниках фамилия почти не встречается за пределами северных губерний. После отмены крепостного права и в советское время носители фамилии расселились шире, но и сегодня Пустынных чаще всего можно встретить в Кировской, Архангельской областях и в Пермском крае.