Фамилия Дементьяновы (в мужском роде — Дементьянов) образована от полного церковного имени Дементий. В основе лежит не сам канонический вариант, а его народная, разговорная форма — Дементьян. Такие переходы, когда полное имя сокращали или, наоборот, наращивали суффиксом, типичны для русской антропонимии XVII–XVIII веков. Имя Дементий восходит к латинскому Domitius — родовому имени в Древнем Риме, которое со временем переосмыслили как «укрощающий, усмиряющий» (от глагола domare). Притяжательный суффикс -ов указывает на прямую принадлежность: «сын Дементьяна» или, шире, «из рода Дементьяна».

По модели образования фамилия Дементьяновы стоит в одном ряду с такими фамилиями, как Терентьянов, Елистратьянов, Панкратьянов, где суффикс -ьян- присоединяется к основе, оканчивающейся на -тий. Это характерный признак фамилий, закрепившихся в среде духовенства и крестьянства северных и центральных губерний России. В документах XVII века имя Дементьян встречается чаще, чем каноническое Дементий, особенно в деловой переписке и писцовых книгах, что говорит о его широком хождении в быту.

Определить точное место возникновения фамилии сложно: процесс её закрепления шёл несколько столетий, и носители могли появиться независимо в разных регионах. Однако по суффиксу и основе можно предположить, что предки Дементьяновых были либо людьми служилыми, либо крестьянами, получившими фамилию в эпоху подушных переписей XVIII–XIX веков. В любом случае, фамилия сохранила древнюю форму имени, которая сегодня почти вышла из обихода, и тем самым представляет собой ценный памятник русской ономастики.