Фамилия Дементева — женская форма фамилии Дементев. В основе её лежит крестильное имя Дементий (церковная форма Дометий), которое восходит к латинскому Domitius — «укротитель», «приручающий». Имя это в святцах связано с несколькими раннехристианскими мучениками, но в быту на русской почве оно обросло народными вариантами: Дементей, Дементий, а уменьшительные формы дали жизнь множеству фамилий — от Дементьева до Демехина.

Особенность фамилии Дементева — суффикс -ев, а не более привычный -ов. В русской антропонимии суффикс -ев присоединялся к основам на мягкий согласный или на -й: Дементий — Дементьев, но если в основе оказывался вариант с твёрдым согласным (Демент), то фамилия могла писаться через -ов. Однако форма Дементев (с ударением на втором слоге) встречается реже, чем Дементьев, и указывает на то, что предок носителя фамилии, скорее всего, звался просто Демент (без окончания -ий), а не полным церковным именем. Это характерно для говоров, где имя усекали до первой части.

Географически фамилия Дементев (и Дементева) тяготеет к южнорусским и украинским регионам, где звук [т'] перед гласным мог отвердевать, а окончание -ев закреплялось в документах. Встречается она и в белорусских метриках. В отличие от массовой фамилии Дементьев, носителей Дементевых заметно меньше — это более локальный вариант, который не получил широкого распространения за пределами определённых уездов.

По социальному происхождению фамилия не была элитарной: Дементевы — это крестьяне и мещане, реже однодворцы. В ревизских сказках XVIII–XIX веков они фиксировались в Курской, Воронежской, Тамбовской губерниях. Никакой связи с дворянскими родами или известными историческими личностями у этой фамилии нет — она осталась фамилией простого человека, чей предок носил имя, означавшее «укротитель», но в быту ставшее просто Дементом.