Фамилия Демидбаев — редкий случай, когда славянское имя встретилось с тюркским суффиксом. В её основе лежит крестильное имя Демид (церковная форма — Диомид, от греческого «Диомед» — «мысль Зевса» или «божественная мысль»). Это имя было распространено на Руси, но фамилия на -баев указывает, что носитель жил в регионе, где русские имена входили в тюркоязычную среду — скорее всего, среди башкир, татар или казахов.

Суффикс -баев в тюркских фамилиях обычно восходит к слову «бай» — «богач, хозяин, господин». В сочетании с именем Демид он даёт значение «Демид-бай» — то есть «господин Демид» или «богатый Демид». Так могли назвать человека, который носил это имя и пользовался уважением в общине, либо потомка такого человека. Важно, что -баев — не патронимический суффикс в чистом виде (как русское -ов), а скорее указание на социальный статус основателя рода.

Модель образования Демидбаев — гибридная: русское имя плюс тюркский формант. Такие фамилии встречаются в зонах длительного межэтнического контакта — на Южном Урале, в Поволжье, в Западной Сибири. У башкир и татар, например, есть целый пласт фамилий на -баев от русских имён (Иванбаев, Петробаев, Михайлобаев). Демидбаев — одна из них, и она говорит о том, что предок, вероятно, был крещёным нерусским или русским, ассимилированным в тюркской среде.

С точки зрения словообразования, фамилия не имеет суффикса -ов/-ев в русском понимании: -баев — это уже готовый тюркский компонент, который присоединили к основе Демид. Ударение, скорее всего, падает на последний слог — Демидба́ев, хотя в русской среде могли сместить на второй слог (Деми́дбаев). Географически фамилия локализуется преимущественно в Башкортостане и соседних областях, что подтверждается данными современных телефонных справочников и переписей.

Особенность этой фамилии — она не даёт однозначного ответа о национальности предка. Носитель мог быть башкиром, татарином, мишаром или русским, жившим в иноязычном окружении. Само имя Демид в тюркской среде могло звучать как Димит или Демит, поэтому написание Демидбаев — скорее русифицированная форма, закреплённая в паспортах.