Фамилия Деменков относится к распространённому типу русских фамилий, образованных от полных или уменьшительных форм крестильных имён. В основе лежит мужское имя Дементий, которое пришло на Русь вместе с христианством из Византии. Латинский корень domo означает «укрощать», то есть Дементий — «укротитель». Однако в повседневной речи имя звучало не так строго: в народе использовали множество сокращённых вариантов, и один из них — Деменок — дал начало фамилии.

Суффикс -ов в окончании указывает на принадлежность: Деменков буквально значит «сын Деменка» или «потомок Деменка». Такая модель словообразования была типичной для крестьянской и мещанской среды в XVI–XVII веках, когда фамилии только закреплялись. Интересно, что в отличие, например, от фамилии Дементьев, которая прямо восходит к полной форме имени, Деменков сохранил именно разговорный, «домашний» вариант — это говорит о том, что предки носителей фамилии были людьми простого сословия, где в обиходе использовали не официальное имя, а его уменьшительную форму.

Стоит заметить, что в некоторых говорах слово «деменок» могло иметь и самостоятельное нарицательное значение — так иногда называли упрямого или своенравного человека, что перекликается с исходным значением «укротитель» с точностью до наоборот. Однако наиболее вероятным и документально подтверждённым остаётся именно происхождение от имени Дементий через форму Деменок. Географически фамилия встречается преимущественно в центральных и северных областях России, где имя Дементий было особенно популярно в XVII–XVIII веках.