Фамилия Демильханов — одна из тех, где корень виден сразу, а вот происхождение ведёт в разные стороны. Основа здесь — личное имя Демильхан, которое сложилось из двух частей: тюркского «демир» (железо) и арабского «хан» (властитель, князь). Получается «железный хан» или «хан, крепкий как железо». Такие составные имена были популярны у тюркских народов, особенно в среде, где ценилась воинская доблесть и сила.

Суффикс -ов указывает на русскую модель образования фамилий: Демильханов буквально значит «сын Демильхана» или «принадлежащий Демильхану». Это типичная патронимическая фамилия, которая закрепилась в документах при переходе к постоянным фамилиям — скорее всего, в XIX — начале XX века, когда учет населения стал строже. Важно, что имя Демильхан встречается у чеченцев, ингушей, кумыков и других народов Северного Кавказа, поэтому фамилия Демильханов географически тяготеет именно к этому региону.

Есть и альтернативная версия, хоть и менее вероятная: что в основе лежит арабское имя Джамиль (красивый) с тюркским «ханом» на конце, но фонетика фамилии — с твёрдым «д» и «емиль» — говорит скорее в пользу «демир» (железо). В чеченском языке, например, «демил» тоже может означать «железный», что подтверждает эту гипотезу.

По сословной принадлежности предки Демильхановых, скорее всего, были свободными общинниками или узденями (у горских народов — сословие ниже князей, но выше рабов). Фамилия не княжеская и не дворянская в общероссийском смысле, но могла принадлежать уважаемым воинам или старейшинам. Встречаемость её невысока, что типично для фамилий, образованных от редкого двусоставного имени.

Любопытная деталь: в некоторых записях XIX века фамилию могли писать как Демильхановъ — с твёрдым знаком на конце, а в советских документах иногда встречается вариант Демильханов (без «ъ»). Изменений в корне не было, что говорит о стабильности написания. Сегодня носители фамилии живут в основном в Чечне, Ингушетии и в среде кавказских диаспор в других регионах России.