Фамилия Деменчуковы (в форме мужского рода — Деменчуков) образована от крестильного имени Дементий (в просторечии — Дементий, Деменя). В основе — производная форма Деменя, от которой через суффикс -чук- (указывающий на «сына» или «потомка» в западнорусских и украинских говорах) и стандартный русский фамильный суффикс -ов появилась фамилия. Имя Дементий восходит к латинскому «dementius» — «укрощающий, усмиряющий».

Фамилия Деменчуковы — пример того, как на стыке украинской и русской традиций образовалась двойная модель: сначала к основе Демен- присоединили уменьшительный суффикс -чук (характерный для Правобережной Украины и Беларуси), а затем, при переходе семьи в великорусскую среду или при официальной записи в документах, добавили типичное русское окончание -ов. Такая форма встречается реже, чем просто Деменчук или Дементьев, и указывает на то, что носители фамилии могли происходить из регионов, где смешивались украинские и русские антропонимические привычки — например, из Слобожанщины, Черниговщины или южнорусских губерний.

Точное время и место возникновения фамилии Деменчуковы установить сложно: процесс перехода от отчества к фамилии растянулся на несколько столетий, и разные ветви одного рода могли получить фамилию независимо друг от друга. Однако словообразовательная цепочка «Дементий → Деменя → Деменчук → Деменчуков» надёжно реконструируется по законам восточнославянской ономастики. Фамилия фиксируется в метрических книгах и ревизских сказках XIX века преимущественно в Курской, Харьковской и Воронежской губерниях — именно там чаще всего встречается сочетание украинского суффикса -чук с русским патронимическим -ов.