Фамилия Дементиевские строится по классической модели украинских и польских фамилий с суффиксом -ский/-цкий, который изначально указывал на принадлежность к месту или знатному роду. В основе лежит крестильное имя Дементий, восходящее к латинскому «domo» — «укрощать». Таким образом, имя Дементий в переводе означает «укротитель» или «смиренный».

Однако форма Дементиевский (а не Дементьевский) заслуживает отдельного внимания. В ней отчётливо видна вставная гласная «и», что характерно для южнорусских и украинских говоров, где имя Дементий нередко произносили и писали как «Дементий» → «Дементи́й». От этой народной формы и пошла фамилия: Дементий → Дементиевский (с ударением на «и»). Это отличает её от более привычной великорусской фамилии Дементьев, образованной через суффикс -ев.

Скорее всего, основатель рода Дементиевских был представителем высшего сословия — шляхтичем или казацкой старшиной. Фамилии на -ский в XIV–XVII веках на землях Речи Посполитой и Гетманщины закреплялись за теми, кто владел землёй или имел герб. Простой крестьянин или мещанин в те времена редко получал такую фамилию — он оставался бы Дементьевым или Дементюком.

Точное место, где впервые появились Дементиевские, назвать сложно — это могла быть как Волынь, так и Подолье или Киевщина. Окончательно говорить о времени и конкретном регионе можно лишь после глубоких генеалогических изысканий, но сам тип фамилии указывает на XIV–XVI века как на вероятный период её оформления.