Фамилия Дёмины (в просторечии часто произносится как Демины) в своей основе имеет имя Дёма (или Дема). Это не самостоятельное крестильное имя, а уменьшительная форма от целого ряда церковных имён, начинающихся на Дем-: Дементий (в переводе с латыни — «укротитель»), Демид (от греческого «совет божий»), Демьян (от греческого «покоритель»). Поскольку имя Дёма было распространено в крестьянской и посадской среде, основатель рода Дёминых, скорее всего, принадлежал к простому сословию — так называли человека в быту, в обход полного церковного имени.

Менее правдоподобна версия, связывающая фамилию с прозвищем Дема, образованным от диалектного глагола «демить». В новгородских и тверских говорах «демить» значило «лукавить, обманывать, кривить душой», а «дема» или «дёмка» — «плут, обманщик». Если принять эту гипотезу, прозвище мог получить человек, склонный к хитрости или плутовству. Однако в русской ономастике более надёжным считается объяснение через личное имя: фамилии на -ин обычно образуются от имён и прозвищ, оканчивающихся на -а/-я, и Дёма здесь — типичный случай.

Суффикс -ин указывает на принадлежность: «чей?» — Дёмин, то есть сын или потомок Дёмы. Такая модель была особенно распространена в северных и центральных землях России. Фамилия Дёмины — не редкая, она встречается во многих регионах, но её написание через «ё» (Дёмин) исторически точнее, хотя в быту и документах часто фиксируется вариант с «е» (Демин). Этимология фамилии — наглядный пример того, как мирское имя, сокращённое от нескольких разных канонических имён, дало начало целому роду.