Фамилия Демартино звучит для русского уха как явно иноязычная, и это действительно так. Она имеет итальянское происхождение и представляет собой фамилию-патроним, образованную от имени Мартино. Приставка «Де» в итальянской ономастике указывает на принадлежность: «сын Мартино» или «из рода Мартино». Само имя Мартино — это итальянская форма латинского имени Martinus, которое происходит от имени бога войны Марса (Martis). В христианской традиции оно прочно связано со святым Мартином Турским, одним из самых почитаемых святых в Европе.

В отличие от русских фамилий, которые крестьяне и мещане массово получили в XIX веке, фамилия Демартино сложилась в Италии значительно раньше, в эпоху Средневековья. Географически она наиболее распространена в южных регионах Италии: в Сицилии, Калабрии и Апулии. В этих областях фамилия могла закрепиться в нескольких вариантах написания — De Martino, Di Martino или слитное Demartino, что связано с особенностями местных диалектов и работой церковных регистраторов.

В России фамилия Демартино — явление относительно редкое и, скорее всего, принесённое в страну в разные исторические периоды. Это могли быть итальянские архитекторы и инженеры, работавшие при царском дворе в XVIII–XIX веках, артисты и музыканты, гастролировавшие по Российской империи, или же выходцы из Италии, осевшие в России после революционных событий. В советское время фамилия могла закрепиться за потомками итальянских эмигрантов или специалистов, приехавших по линии Коминтерна.

С точки зрения словообразовательной модели, в фамилии нет привычного для русского уха суффикса принадлежности (-ов, -ин). Это типичная западноевропейская фамилия на «-о», которая в русском языке склоняется как существительное мужского рода. Носители фамилии Демартино могут встретить трудности с этим: в русской грамматике мужская фамилия склоняется (Демартино, Демартино, Демартино), а женская — нет.

Споров о происхождении этой фамилии практически не возникает. Единственный нюанс — возможная связь не с именем Мартино, а с топонимом Мартино (название нескольких итальянских коммун). Однако в подавляющем большинстве случаев ономасты сходятся на патронимической версии: Демартино — это «сын Мартино», что делает фамилию аналогом русских Мартинов или Мартынов, только с итальянской приставкой.