Фамилия Демеева чаще всего имеет тюркские корни и образована от мужского имени Демей. Это имя — вариант казахского имени Демеу, которое переводится как «опора, поддержка». Скорее всего, имя носило обрядовый, пожелательный характер: родители называли так сына, чтобы он вырос надёжным человеком и в будущем стал опорой для семьи.

Фамилия образована по русской модели с суффиксом -ев, который присоединяется к основе, оканчивающейся на мягкий согласный или й. Суффикс указывает на принадлежность: Демеев — «сын Демея», «потомок Демея». Встречается и вариант написания с двумя «е» — Демеева, что соответствует женской форме или родовой записи в документах.

В документах начала XX века упоминается Демеев Сатымбай, родившийся в 1901 году в Южно-Казахстанской области, в селе Тоболино. Эта запись подтверждает географическую привязку фамилии к казахским землям и её бытование среди тюркоязычного населения. В тюркских языках распространена модель с компонентом -оглы («сын»), но в русской среде она трансформировалась в привычный суффикс -ев, что и закрепилось в документах.

Фамилия Демеева — нечастая, но показательная: она соединяет тюркскую именную основу с русским патронимическим суффиксом, что типично для фамилий, возникших в зоне культурного и языкового контакта.