Фамилия Демичева образована от мужского имени Демич — это уменьшительная форма целого ряда крестильных имён: Дементий (латинское «укрощающий, усмиряющий»), Демид или Диомид (греческое «совет божий»), а также Демьян (греческое «покоритель»). На Руси такие сокращения были обычны в быту, поэтому точно сказать, какое именно полное имя носил основатель рода, уже невозможно. Суффикс «-ев» в фамилии указывает на принадлежность: Демичев — это «сын Демича».

Вероятнее всего, предки Демичевых были из крестьянской или рабочей среды: в документах XVI–XVII веков фамилии на «-ев» и «-ов» чаще всего встречались именно у непривилегированных сословий, а не у дворянства. Связь с церковными именами говорит о том, что основатель рода был крещёным православным человеком.

Существует и менее правдоподобная версия, связывающая фамилию с прозвищем Демич от новгородского и тверского диалектного глагола «демить» — «лукавить, обманывать». В этом случае прозвище мог получить хитрый человек. Однако большинство ономастов (например, Б. Унбегаун в своих работах по русским фамилиям) склоняются к именинной основе, так как модель «крестильное имя + уменьшительный суффикс + -ев» для русских фамилий гораздо типичнее, чем прозвищная от глагола с редким диалектным значением.

Таким образом, фамилия Демичева — это типичная патронимическая фамилия, возникшая от обиходной формы одного из популярных на Руси имён. Её носитель мог быть потомком Дементия, Демида, Диомида или Демьяна.