Фамилия Деменев (и её вариант Деменёв) образована от сокращённой формы крестильного имени Дементий. В быту имя Дементий, ведущее начало от латинского domo — «укрощать», часто сокращали до Дема или Демень. Именно от этих обиходных форм и пошла фамилия: суффикс -ев указывает на принадлежность — «сын Демы» или «сын Деменя».

Процесс превращения прозвища или уменьшительного имени в наследственную фамилию занял не одно столетие, поэтому назвать точную дату и место появления Деменевых сложно. Однако известно, что имя Дементий носил святой мученик, пострадавший за веру вместе с сорока Севастийскими мучениками. Это придавало имени дополнительный вес в православной среде.

Интересно, что у фамилии есть и другой возможный корень. В северных и сибирских говорах словом «деменя» называли ленивого или медлительного человека. В таком случае фамилия могла возникнуть не от церковного имени, а от прозвища, которое давали по характеру. Обе версии имеют право на существование, но первая — именная — считается основной, так как Дементий было распространённым крестильным именем.

По модели образования Деменевы стоят в одном ряду с такими фамилиями, как Демин, Демьянов, Дементьев — все они восходят к одному корню, но через разные суффиксы и уменьшительные формы. Суффикс -ев в фамилии Деменев указывает на мягкую основу исходного имени (Демень), в отличие от твёрдого варианта Дема, который дал фамилию Демин.