Фамилия Демененкова — женская форма, а её мужской вариант — Демененков. Это типичная русская фамилия, образованная по патронимической модели, то есть от имени или прозвища предка. В основе лежит имя Деменей, которое является просторечной формой канонического крестильного имени Дометий (от латинского Domitius — «прирученный», «укрощённый») или, что более вероятно, его производной. В русской народной среде имя Деменей (также Дементий) было распространено, и от него через притяжательное прилагательное (чей? — Демененков сын) и возникла фамилия.

Суффикс -енков характерен для южнорусских и, в особенности, для западнорусских и украинских говоров. В отличие от стандартного русского -ов или -ев, уменьшительно-ласкательный суффикс -енк- (а затем и -енков) указывал на происхождение от человека, которого звали уменьшительным именем: не просто Дементий, а Демененко («маленький Дементий», «сын Дементия»). Таким образом, Демененков буквально означает «сын Демененко» или «внук Дементия». Это роднит фамилию с такими, как Дементьев, но с более выраженной региональной окраской: Демененковы, скорее всего, происходят из районов, где была распространена украинская или белорусская модель образования фамилий на -енко, которую затем русифицировали добавлением -в.

Если копать глубже, возможна и другая, более редкая версия. В некоторых говорах слово «деменя» могло быть прозвищем человека с особенностями поведения (от диалектного «деменить» — говорить путано, бестолково или, наоборот, хитрить). Однако эта версия менее вероятна, так как фамилии на -енков почти всегда восходят к крестильным именам, а не к нарицательным прозвищам.

Сословно Демененковы, скорее всего, были крестьянами или мещанами. Фамилия не дворянская, не книжная — она бытовала в среде простого люда, где имя Дементий было обычным, а фамилии только начинали закрепляться в XVIII–XIX веках. Встречается она преимущественно в Курской, Белгородской, Воронежской областях и в сопредельных регионах России, а также на востоке Украины — как раз в ареале бытования суффикса -енко.