Фамилия Деменченко — яркий пример украинской модели образования фамилий на -енко. В украинской ономастике суффикс -енко исторически означал «маленький», «сын» или «потомок»: Деменченко буквально — «сын Деменка», где Деменко — уменьшительная форма от крестильного имени Дементий.

Само имя Дементий (церковная форма — Дометий, Дометиан) восходит к греческому «дометиос» — «укротитель», «усмиритель». В святцах почитается святой Дометий Персиянин, монах-подвижник IV века. На русской почве имя давало множество производных: Дементий, Дема, Деменя, Деменка. Именно от формы Деменко (с усечением суффикса -ий и добавлением уменьшительного -к-) и возникла фамилия.

Географически фамилия Деменченко гуще всего представлена в центральных и южных областях Украины — Полтавской, Черкасской, Днепропетровской, а также в приграничных районах России (Курская, Белгородская области). Это типичная казачья и крестьянская фамилия: в реестрах Войска Запорожского встречаются однофамильцы, хотя документально зафиксированы они позже, в XVIII–XIX веках.

От аналогичных фамилий — Дементьев, Деменков, Деменчук — Деменченко отличается именно суффиксом, который в украинской традиции стал массовым и вытеснил русские патронимические суффиксы -ов/-ев. Если Дементьев — это «сын Дементия» в великорусских землях, то Деменченко — тот же смысл, но с южнорусским и украинским акцентом. Встречается и вариант Деменченков — гибридная форма, где к украинской основе добавили русский суффикс -ов, что бывало при переселении носителей в северные губернии.

В сословном отношении Деменченко — фамилия бездворянская. Носители её в основном числились государственными крестьянами, казаками, реже — мещанами. Дворянского герба с такой фамилией в «Общем гербовнике» нет, хотя отдельные представители могли выслужить личное дворянство по чину или ордену.