Фамилия Дементова образована от мужского крестильного имени Дементий. В переводе с латинского оно означает «укрощающий, усмиряющий». В основу фамилии легла одна из разговорных форм этого имени — Демент. Такие сокращённые варианты были в ходу в повседневной речи: полное имя звучало официально, а в семье и среди соседей человека могли звать проще — Демент. От этого прозвища и пошла фамилия: суффикс -ов указывает на принадлежность («чей?»), то есть Дементова — это «дочь (или жена) Демента».

Среди небесных покровителей имени — святой мученик Дементий, один из сорока Севастийских мучеников, пострадавших за веру Христову в начале IV века. Эта связь придаёт фамилии не только бытовое, но и церковное измерение: в семьях, где чтили память святого, имя Дементий давали детям, и фамилия закреплялась за целым родом.

Словообразовательная модель здесь простая и типичная для русских фамилий: основа (Демент) + патронимический суффикс -ов. Окончание -а указывает на женский вариант фамилии. Мужская форма — Дементов — встречается реже, но именно от неё образована женская. Если сравнивать с однокоренными фамилиями, то Дементьев — более распространённый вариант, образованный от полной формы имени через суффикс -ев. Дементова же сохранила след народного, разговорного произношения, что делает её более редкой и ценной для историков языка.

География фамилии не привязана к одной местности: носители встречаются и в центральных областях России, и на Урале, и в Сибири — там, где оседали переселенцы. Сословных ограничений у фамилии не было: Дементовыми могли быть и крестьяне, и мещане, и духовенство, поскольку имя Дементий не было исключительно дворянским.