Фамилия Демегенова — редкая и, скорее всего, тюркская по происхождению. Её основа лежит за пределами славянской ономастики, а русский суффикс -ов (в женском роде -ова) лишь оформил её по модели русских фамилий, когда носительница вошла в русскоязычную среду или получила паспорт в советское время.

Сам корень «Демеген» не имеет убедительного толкования в русском языке. Вероятнее всего, он восходит к одному из тюркских языков (казахскому, башкирскому, татарскому или киргизскому). Можно выделить две основные версии. Первая: основа связана с тюркским словом «демеу» или его диалектными вариантами, означающими «поддержка», «опора». В таком случае прозвище Демеген мог получить человек, на которого полагались в трудную минуту, или же это было имя-оберег, пожелание стать опорой для рода. Вторая, более бытовая версия: от глагола «демек» — «говорить», «сказать». В тюркских языках причастие «демеген» означает «не сказавший», «не говорящий». Такое прозвище могло закрепиться за молчаливым, неразговорчивым человеком. Эта версия кажется более правдоподобной, так как прозвища по характеру или поведению — один из самых распространённых источников фамилий.

Географически фамилия Демегенова встречается в основном в регионах со смешанным русско-тюркским населением: в Оренбургской, Челябинской областях, в Башкортостане и Казахстане. Это типичная «паспортная» фамилия: в документах советского периода окончание -ова закрепилось за женщинами, чьи отцы или мужья носили фамилию Демегенов. Мужской вариант, Демегенов, образован по той же модели: к основе Демеген прибавили русский патронимический суффикс -ов, что буквально означает «сын Демегена» или «из рода Демегена».

С точки зрения словообразования фамилия интересна тем, что в ней нет привычного для русских фамилий суффикса принадлежности (-ин, -ск-). Суффикс -ов здесь выполняет чисто грамматическую функцию, не меняя смысла основы. Это говорит о том, что фамилия сформировалась относительно поздно, уже в эпоху унификации документов, когда исходное тюркское имя или прозвище механически получило русское окончание.

В дореволюционных метрических книгах эта фамилия почти не встречается — скорее всего, её носители относились к податным сословиям (крестьяне или казаки) и не фиксировались в дворянских родословных. Сведений о древнем дворянском роде Демегеновых нет.