Фамилия Дементий — это редкий случай, когда фамилия совпадает с полной формой мужского имени, а не с производной или уменьшительной. В основе лежит крестильное имя Дементий, которое пришло на Русь из латыни: латинское «domitius» означает «укрощающий», «усмиряющий». Такой тип образования (без добавления суффиксов -ов, -ин или -ский) характерен для украинской и белорусской традиции, а также для некоторых русских фамилий, которые закрепились в неизменной форме. Поэтому носитель фамилии Дементий с высокой вероятностью имеет предков из западных или южных регионов Российской империи.

Покровителем имени считается святой мученик Дементий, один из сорока Севастийских мучеников, пострадавших за веру в начале IV века. В народной среде имя часто переосмысливалось и сокращалось: отсюда пошли фамилии Дементьев, Демин, Демехин. Но форма Дементий сохранила исходный церковный облик — её могли дать в качестве фамилии либо священнику, либо человеку, которого в документах записали полным именем без изменений.

Словообразовательная модель здесь проста и прозрачна: фамилия представляет собой застывшее личное имя в именительном падеже. Никаких суффиксов принадлежности не добавлялось. Это отличает фамилию Дементий от более массовых Дементьевых и делает её своеобразным маркером: предок носителя, скорее всего, не был крепостным, записанным по отчеству, а принадлежал к среде, где фамилии фиксировались позже или по имени главы семьи без изменений. Встречаются также варианты написания через «о» — Дометий, но в русской традиции закрепилась форма с «е».