Фамилия Пятенков образована по одной из самых распространённых в русском языке моделей: к основе, указывающей на личное или профессиональное прозвище, добавился суффикс -ов, который превратил прозвище в родовое имя. Исходным словом здесь послужило «пятенко» — либо уменьшительная форма от «пята» (пятка), либо производное от числительного «пять». Эта двойственность и составляет главную загадку фамилии.

Если исходить из первого варианта, то прозвище Пятенко мог получить человек с заметной особенностью походки или строения ноги — например, косолапый, тот, кто сильно наступал на пятки, или, наоборот, ходил на носках. В старину такие бытовые прозвища давали по самым разным приметам: от внешности до манеры поведения. Второй вариант — связь с числом пять. Пятенко в этом случае означало «пятый ребёнок» или «пятый сын» в семье. Подобная практика именования по порядку рождения (Первак, Вторуша, Третьяк, Четвертак) была широко распространена на Руси, и Пятенко органично вписывается в этот ряд. Версия с числительным выглядит более убедительной, поскольку у фамилии есть однокоренные «собратья» — Пятаков, Пяткин, Пятин, — у которых связь с числом «пять» или с уменьшительной формой «пята» (пятак, монета) прослеживается чётче.

Фамилия Пятенков не относится к числу дворянских или широко известных. Её носители — это, скорее всего, потомки крестьян или посадских людей из центральных и южных губерний России. Суффикс -ов указывает на то, что фамилия формировалась в среде, где патронимические фамилии (по отцу) были нормой: «чей?» — Пятенков, то есть сын Пятенко. В документах XVII–XVIII веков такие прозвища могли фиксироваться в переписных книгах, но массово фамилия закрепилась уже после отмены крепостного права, когда крестьянам потребовались официальные родовые имена для паспортов и воинской службы.

Встречается фамилия и в форме Пятенков, и как Пятенко (без суффикса). Вторая форма — украинская или южнорусская, где прозвище осталось без изменений, а не превратилось в фамилию на -ов. В любом случае, основа у них общая, и обе восходят к тому самому прозвищу, которое когда-то дали либо пятому сыну, либо человеку с приметной походкой.