Фамилия Демченки стоит в ряду тех, что образованы не от имени, а от прозвища или отчества через характерный украинский суффикс -енко. Однако здесь есть особенность: форма множественного числа — Демченки — выдает, что перед нами не стандартное украинское «сын Демка», а скорее родовое именование целой семьи или ветви. В украинской и южнорусской традиции фамилии на -енко часто застывали в форме множественного числа, обозначая «Демченковы», то есть «те, кто из рода Демка».

Основа фамилии — имя Демко, уменьшительная форма от Демьян (церковное Дамян). Демьян — имя греческого происхождения от «дамазо» — «укрощать», «покорять». В народной среде Демьян был распространен, а Демко — его обиходный вариант, от которого и пошли Демченко, Демченков, Демчук и, в нашем случае, Демченки.

Главное отличие этой фамилии от однокоренных — грамматический маркер множественности. Если Демченко — это «чей сын? Демков», то Демченки — это «чьи люди? Демковы». В документах XIX века такая форма могла закрепиться за целым крестьянским родом в одном селе, когда переписчики фиксировали не отдельное лицо, а двор или семейство. Поэтому географически фамилия тяготеет к регионам, где практиковалась такая модель: восточная Украина (Слобожанщина, Полтавщина) и южные уезды России.

В написании возможны варианты через «и» на конце (Демченки) или через «ы» (Демченкы) — в старой орфографии или в диалектной записи. Но в современном русском языке закрепилась форма с «и» как несклоняемая фамилия во множественном числе. Встречается она нечасто — это редкий вариант более массовой фамилии Демченко, и носители, как правило, происходят из одного корня, разошедшегося по разным ветвям.