Фамилия Деменцовы образована от крестильного имени Дементий, которое в русском обиходе дало множество производных форм. Одна из них — Деменец — и стала непосредственной основой фамилии. Имя Дементий восходит к латинскому domo — «укрощать», а небесным покровителем считается мученик Дементий, пострадавший за веру вместе с другими Севастийскими мучениками. Согласно житию, их нагими выставили в морозную ночь на покрытое льдом озеро в Армении, и после таких мучений Дементий скончался. В народном календаре день памяти этих святых — 22 (9) марта — связан с приметами: «зима кончается, весна начинается», «сорок птиц весну несут», а в домах пекли жаворонков и пели «веснянки».

Суффикс -ов в фамилии указывает на принадлежность: Деменцовы — это буквально «дети Деменца». Такая модель образования — от краткой формы имени через суффикс -ец — встречается реже, чем привычные Дементьевы или Дементины, что делает фамилию более редкой и локальной. О точном месте и времени её возникновения сейчас говорить сложно: процесс формирования русских фамилий был долгим и шёл неравномерно. Однако по концентрации носителей можно предполагать, что фамилия Деменцовы закрепилась в центральных и северных регионах России, где были распространены уменьшительные формы церковных имён.

Несмотря на внешнюю простоту, фамилия Деменцовы интересна тем, что сохранила в себе ту самую народную, бытовую форму имени, которая в официальных документах почти не встречалась. Это не книжный, а живой след языка — свидетельство того, как в крестьянской или посадской среде имя Дементий сократили до Деменца, а затем закрепили в фамилии.