Фамилия Демчевская — женская форма фамилии Демчевский, а та, в свою очередь, образована от имени или прозвища Демч (Демко). Основа здесь та же, что в именах Демьян, Дементий или Демид, которые восходят к греческим и латинским корням. В народной среде эти церковные имена часто сокращали: Дема, Демка, Демчо — от них и пошли фамилии с суффиксом -евский/-овский, указывающим на принадлежность к роду или местности.

Суффикс -ск- в фамилии Демчевская — типичный для шляхетских и польско-украинских фамилий. Такая модель была особенно распространена на западнорусских землях, в Речи Посполитой, где фамилии на -ский/-цкий носили не только дворяне, но и зажиточные крестьяне, мещане. Поэтому носительница фамилии Демчевская может вести род из регионов современной Беларуси, Украины или восточной Польши — из тех мест, где имя Демко было частым, а суффикс -ский стал фамильным маркером.

Менее вероятно, но возможно, что фамилия произошла от названия населённого пункта вроде Демчево или Демчев — такие деревни встречаются в Винницкой и Житомирской областях. В этом случае предок был «демчевским» — то есть выходцем из Демчева, и фамилия закрепилась за ним по месту жительства.

В отличие от фамилий на -ов/-ин, которые чаще фиксировали отчество, Демчевская сразу несёт оттенок «принадлежности к роду Демчевых» или «происхождения из Демчева». Это делает её более книжной, «официальной» по происхождению — такие фамилии в XVIII–XIX веках нередко давали священникам или казацкой старшине, стремившимся подчеркнуть свой статус.