Фамилия Демешин — редкий случай, когда в основе лежит не имя, а прозвище, и не славянское, а тюркское. Корень здесь — «демеш» или «демеж», что в тюркских языках означает «кузнец». В некоторых диалектах так называли мастера по металлу, работавшего с мелкими изделиями — гвоздями, подковами, заклепками. Фамилия образована с помощью русского патронимического суффикса -ин, который указывает на принадлежность: «сын кузнеца Демеши». Таким образом, первый носитель фамилии был либо сам кузнецом, либо сыном человека, которого прозвали Демеша за профессию.

Словообразовательная модель здесь нестандартна. Обычно фамилии на -ин образуются от основ на -а/-я (Петя — Петин, Гриша — Гришин). Но основа «Демеш» — мужского рода, твердая, и ожидался бы суффикс -ев (Демешев). Появление формы Демешин говорит о том, что прозвище Демеша (с окончанием -а) бытовало в народной речи как ласкательное или обиходное. Это характерно для южнорусских говоров, где тюркские заимствования часто адаптировались через уменьшительные формы. Фамилия Демешев встречается, но реже, и она образована по стандартной схеме.

Географически фамилия тяготеет к Поволжью и южным областям России — регионам, где исторически были сильны тюркские влияния и кузнечное ремесло. Встречается она и в среде украинских казаков, где «демеш» могло быть прозвищем за характер или внешность, но профессиональная версия остается основной. В отличие от фамилий вроде Кузнецов, которые стали массовыми, Демешин сохранил более узкую, локальную память о ремесле.

В словаре Б. Унбегауна «Русские фамилии» эта модель не рассматривается подробно, но сам принцип образования от тюркских профессиональных прозвищ через русский суффикс -ин описан. Спорных версий две: иногда корень связывают с диалектным «демесить» (месить, мять) — тогда прозвище мог получить человек, работавший с глиной или тестом. Но это менее вероятно: глагол редок, а тюркский «демеш» устойчиво фиксируется в ономастике.