Фамилия Демахин — один из примеров того, как прозвище, данное человеку за характер или поведение, закреплялось в роду и превращалось в фамилию. Её основа — прозвище Демаха. В тверских говорах слово «демка» означало «обманщик, плут», поэтому Демахой, скорее всего, называли того, кто любил приврать или схитрить. Суффикс -ин указывает на принадлежность: Демахин — сын Демахи, то есть потомок того самого плутишки.

Модель образования фамилии типична для центральной России: от прозвища на -а/-я с помощью суффикса -ин. Такие фамилии чаще всего встречались в крестьянской и мещанской среде. Точное место и время возникновения фамилии Демахин установить сложно — процесс формирования русских фамилий растянулся на несколько столетий, с XVI по XIX век. Однако можно предположить, что её корни уходят в тверские или соседние земли, где бытовало слово «демка».

В отличие от многих фамилий, образованных от крестильных имён (Иванов, Петров), Демахины ведут род от прозвища, которое отражало не столько внешность или профессию, сколько черту характера. Это делает фамилию немногословным, но точным портретом предка.