Фамилия Дембеков (женская форма — Дембекова) в своей основе имеет мужское личное имя Дембек. Оно составное и восходит к двум корням. Первая часть — Демир, азербайджанское слово, означающее «железо». Вторая — древнетюркское Бек, титул, который переводится как «князь», «господин» или «вождь». Таким образом, имя Дембек можно понимать как «железный князь» или «крепкий, как железо, господин». Подобные двухосновные имена с компонентом «бек» были широко распространены у тюркских народов и несли пожелание знатности и силы.

Фамилия образована по стандартной русской модели с суффиксом -ов, который указывает на принадлежность: «сын Дембека» или «из рода Дембека». Эта модель типична для фамилий, которые складывались у крещёных или обрусевших тюркских народов в XVI–XIX веках. Встречается фамилия и в написании Дембеков, и как Дембеков — оба варианта фиксируются в документах, но первый считается исторически более точным, так как сохраняет ударение исходного имени.

Географически фамилия редкая, её следы ведут в регионы Поволжья и Приуралья, где исторически жили татары, башкиры и азербайджанцы, а также в среду казанских татар. В метрических книгах XIX века носители фамилии Дембековы упоминаются среди крестьян и мещан Казанской и Уфимской губерний. Сравнение с однокоренными фамилиями — Демиров, Беков, Темирбеков — показывает, что Дембеков стоит особняком: в ней произошло слияние корней, а не просто их сложение, что делает её словообразовательную модель более редкой.