Фамилия Дементов образована от мужского крестильного имени Дементий. В переводе с латинского это имя означает «укрощающий, усмиряющий». В основу фамилии легла не полная, а обиходная форма имени — Демент. Так в древнерусском языке называли человека, который в быту носил сокращённый вариант церковного имени.

По модели образования фамилия Дементов — типичная для русского севера и центральных областей. Суффикс -ов указывает на принадлежность: Дементов значит «сын Демента» или «потомок Демента». В крестьянской среде такие фамилии закреплялись в XVI–XVII веках, когда отчество окончательно превращалось в родовое прозвание.

Интересно, что полное имя Дементий в святцах встречается редко, а его народные варианты — Демент, Дементей, Деменя — были куда распространённее. Поэтому фамилия Дементов могла возникнуть в разных регионах независимо, везде, где имя Дементий было в ходу. В официальных документах форму «Дементов» иногда путали с «Дементьев» (от полной формы Дементий), но это разные фамилии: вторая происходит от притяжательного прилагательного к имени Дементий, а первая — от его краткой версии Демент. Такое расхождение встречается и в других парах: «Михайлов» и «Михайловичев» или «Иванов» и «Ивановичев» — но здесь различие коренное, в основе.

Среди носителей фамилии нередко встречаются люди, чьи предки были крестьянами или посадскими. Дворянских родов с такой фамилией в дореволюционных родословных книгах не зафиксировано. Сегодня фамилия Дементов — редкая, её можно встретить в основном в России и на Украине, преимущественно в центральных и южных областях.