Фамилия Демидочкина образована от мужского крестильного имени Демид, которое в церковной форме звучит как Диомид. В переводе с греческого это имя означает «божественная власть». В основу фамилии легла уменьшительно-ласкательная форма имени — Демидочка. Такие «домашние» варианты имен в прошлом нередко становились основой для фамилий, особенно в среде, где имя в быту употребляли в сокращенном или ласковом виде.

Скорее всего, основатель рода Демидочкиных был выходцем из рабочей или крестьянской среды. Фамилии на -ин, к которым относится и Демидочкина, в русской традиции чаще всего возникали именно в простонародье, а не в дворянских кругах. Модель образования простая: к основе Демидочк- прибавили суффикс -ин, указывающий на принадлежность («чей?» — «Демидочкин»). Потомок человека по имени Демидочка со временем получил фамилию Демидочкин, а его потомки — женскую форму Демидочкина.

Интересно, что суффикс -очк- в основе встречается не так часто, как, скажем, -ов или -ев. Он придает фамилии оттенок особой теплоты и указывает на то, что исходное имя бытовало в семейном или деревенском обиходе. Сравните с однокоренными фамилиями: Демидов (от полной формы имени) или Демидкин (от другой уменьшительной формы) — Демидочкина стоит в этом ряду особняком из-за редкого суффикса.

Географически фамилия тяготеет к центральным и южным регионам России, где имя Демид было распространено шире, чем на севере. Встречается она нечасто, что делает её носителей обладателями редкого родового имени, напрямую связанного с древним греческим именем, но прошедшего через русскую народную переработку.