Фамилия Деменштейн звучит на русский слух непривычно, и это не случайно: перед нами типичный пример фамилии еврейского происхождения, образованной по ашкеназской (немецко-еврейской) модели. Её основа — мужское личное имя Демен, которое является просторечной формой библейского имени Иеремия (в русской традиции — Еремей). Имя Иеремия означает «возвышенный Богом» или «Бог возвысит», а его краткая форма Демен (через чередование с Демьян) и дала начало фамилии. Вторая часть, «-штейн», — это распространённый в немецком и идише компонент, означающий «камень». В фамилиях он мог указывать на место жительства (например, у скалистого холма) или просто служить типичным фамильным окончанием, как -ов или -сон в других языках.

Особенность этой фамилии — её словообразовательная модель. Если бы предок Деменштейна жил в Российской империи и носил русскую фамилию, она звучала бы как Деменов или Дементьев. Но в XVIII–XIX веках, когда еврейское население Центральной и Восточной Европы стало массово получать фамилии, власти (особенно в Австрийской и Германской империях) часто давали фамилии с немецкими суффиксами и корнями. Так Демен превратился в Деменштейна — буквально «камень Демена» или «камень, принадлежащий Демену». Впрочем, не исключено, что основа не имя, а топоним: несколько небольших поселений в Германии и Польше носили название Dement или Dementen, и фамилия могла означать «выходец из Демента».

Написание фамилии устойчиво: Деменштейн, с буквой «е» после «м». В дореволюционных документах встречался вариант Деменштейнов, но он не прижился. Носители фамилии в основном расселились по территории бывшей Российской империи (в черте оседлости), а позже — в США и Израиле. Сословно это были, как правило, мещане, ремесленники или торговцы, реже — раввины. Известных исторических персоналий с этой фамилией в открытых источниках не зафиксировано, что не делает её менее интересной: за каждым Деменштейном стоит история переселения, адаптации и сохранения имени, которое сочетает в себе древнее библейское имя и немецкий географический оттенок.