Фамилия Демчевы образована от имени Демча — просторечной, обиходной формы крестильного имени Дементий. В русской традиции такие сокращённые имена (Демча, Дема, Демка) были распространены в быту: полное имя использовали в церкви, а в семье и среди соседей человека звали проще. Так имя Демча и стало основой для фамилии: к нему добавили типичный русский патронимический суффикс -ев, указывающий на принадлежность («чей?» — Демчев, то есть сын Демчи).

Само имя Дементий пришло из латинского Dominicus и означает «господский», «принадлежащий Господу». В святцах это имя известно с раннехристианских времён. Однако в фамилии Демчевы закрепилась именно народная, «домашняя» версия — что характерно для фамилий, возникших в крестьянской и мещанской среде, где редко пользовались полной формой имени.

С точки зрения словообразовательной модели фамилия Демчев ничем не примечательна — это один из самых распространённых типов русских фамилий на -ев/-ов. Но её ценность в другом: она сохранила живую разговорную форму древнерусского имени, которую сегодня редко услышишь. Если бы предков записывали по церковным книгам как Дементьевых, фамилия была бы иной, но бытовое прозвище Демча оказалось сильнее.

Точную географию и время возникновения фамилии Демчевы установить сложно: процесс формирования русских фамилий растянулся на несколько столетий, и документальные следы похожих имён разбросаны по разным регионам. Встречается она и в центральной России, и в Поволжье, но массового распространения не получила — это скорее редкая фамилия, что делает её своеобразным маркером для генеалогических поисков.