Фамилия Дембская — женская форма от Дембский, а та, в свою очередь, вариант фамилии Дембинский. Разница в суффиксе не случайна: -ский в польской традиции указывает на принадлежность к месту или роду, а написание через «б» вместо «мб» — результат адаптации в русской письменной среде, где сочетание «мб» перед согласным упрощали на слух.

Предки Дембских, скорее всего, принадлежали к одному из шляхетских родов Дембинских. Старшая ветвь носила герб Равич — одного из древнейших в Польше, известного с начала XIV века из воеводства Краковского. Яков Дембинский ездил послом короля Казимира в Богемию, затем стал канцлером и каштеляном краковским (1479); те же должности позже занимал Валентин Дембинский (1560). Эта ветвь настолько возвысилась, что часть её получила в Австрии графский титул, а другая была внесена в VI часть родословной книги Могилевской губернии — то есть в древнее дворянство, чьё происхождение до 1685 года.

Существовал и другой род Дембинских — герба Нечуя, восходящий к середине XVII века. Он попал в I часть родословной книги Виленской губернии, куда записывали дворянство, пожалованное позже. Оба рода давали начало многочисленным ответвлениям, и при переселении в восточные губернии Российской империи фамилия нередко упрощалась до Дембский — а значит, и до Дембская для женщин.