Фамилия Деменицкий — один из тех случаев, где внешне славянская форма скрывает неочевидную основу. Первое, что бросается в глаза, — суффикс -ицк-, характерный для польской и западнорусской модели образования фамилий (сравните: Беленицкий, Сокольницкий). Этот суффикс указывает на географическое происхождение: носитель фамилии, скорее всего, был выходцем из населённого пункта с названием Деменицы или Деменицк.

Сложность в том, что исходное слово «демен» или «демень» в русских говорах неоднозначно. Самая правдоподобная версия связывает фамилию с крестильным именем Дементий (от латинского Dominicus — «господский», «принадлежащий Господу»). В просторечии имя часто звучало как Демен, а от него образовали притяжательное прилагательное «Деменицкий» — то есть «принадлежащий Деменю», «из рода Деменя». В пользу этой версии говорит то, что фамилии на -ицкий от имён (а не от названий деревень) встречаются, но реже, и обычно указывают на шляхетское или духовное происхождение.

Менее вероятна, но возможна связь с диалектным словом «деменя» — так в некоторых областях называли смуглого или угрюмого человека. Однако эта гипотеза слабая: в ономастических словарях нет устойчивой фиксации такого прозвища, и фамилия Деменицкий не встречается в списках крестьянских прозвищных фамилий центральной России.

Географически фамилия тяготеет к западным регионам бывшей Российской империи — Беларуси, Смоленщине, западным уездам Черниговской губернии. Там польское влияние было сильным, а форма на -ицкий оставалась нормой для мелкой шляхты и униатского духовенства. В метрических книгах XIX века Деменицкие чаще всего записаны как мещане или однодворцы — сословие, по своему происхождению близкое к обедневшим служилым людям.

В написании фамилии встречается вариант Демяницкий — через «я», что выдает местное произношение («демян» вместо «демен»). Это дополнительный аргумент в пользу того, что основа — не книжное имя, а живой говор.