Фамилия Демченко — один из ярких примеров украинской модели фамилий на -енко, которая в XVI–XVII веках распространилась на землях Речи Посполитой, а затем и за их пределами. Суффикс -енко здесь работает как указатель родства: он превращает личное имя или прозвище в отчество, буквально означая «сын такого-то». В основе фамилии лежит имя Дема — народная, уменьшительная форма целого ряда крестильных имен, начинающихся на Дем-.

Какое именно полное имя носил первый Дема, теперь не установить. Это мог быть Дементий (от латинского «укротитель»), Демид или Диомид (греческое «совет божий»), а также Демьян (от греческого «покоритель»). В быту все эти имена сокращались до Демы или Демки, и эта форма становилась семейным прозвищем. Поэтому Демченко — это не просто фамилия, а прямое указание на отца: «сын Демы».

В документах XX века фамилия встречается в разных уголках страны. В Книге памяти Московской области упомянут Демченко Александр Антонович, родившийся в 1888 году в поселке Перовский Сольилецкого района Оренбургской области, работавший начальником отдела снабжения завода № 171. В Книге памяти Республики Адыгея записан Демченко Александр Васильевич (р. 1936) из Свердловской области, а в Книге памяти Алтайского края — директор школы Демченко Александр Михайлович (р. 1913) из Иркутска.

Среди носителей фамилии, оставивших след в истории, — этнограф и публицист Яков Григорьевич Демченко (1842–1912), инженер-строитель и депутат IV Государственной думы Всеволод Яковлевич Демченко (1875–1933), а также военачальник Яков Михайлович Демченко (1919–1992).