Фамилия Деменьков образована от имени Деменок — одной из обиходных форм крестильного имени Дементий. Само имя Дементий восходит к латинскому глаголу domo — «укрощать», «усмирять». Таким образом, в основе фамилии лежит не церковная, а повседневная, «домашняя» версия имени, которая в старину была в ходу в крестьянской и мещанской среде.

Суффикс -ов указывает на типичную модель русских фамилий: Деменьков буквально означает «сын Деменка» или «потомок Деменка». Ударение в фамилии — на втором слоге: Деме́ньков. Мягкий знак в середине слова (Деменьков, а не Деменков) сохраняет следы старого произношения имени Деменок с мягким [н'].

С географической точки зрения фамилия тяготеет к южнорусским и центральным областям: она встречается в архивных записях по Курской, Орловской, Тамбовской губерниям, а также на Дону. В писцовых книгах XVII века изредка упоминаются крестьяне и однодворцы с прозвищем Деменок, от которого впоследствии закрепилась фамилия.

Однокоренные фамилии того же корня — Дементьев, Деменков, Деменчук. Деменьков стоит в этом ряду особняком из-за редкого варианта основы (Деменок вместо Дементий) и характерного смягчения, что делает её ценной для историков языка как пример живой народной этимологии.