Фамилия Демирханова — женская форма фамилии Демирханов, и её происхождение напрямую связано с тюркским миром. В основе лежит имя Демирхан, которое составлено из двух частей: «демир» (в тюркских языках — железо) и «хан» (титул правителя, владыки). Имя Демирхан буквально переводится как «железный хан» или «хан, крепкий как железо» — типичное для тюркской ономастики сложение, подчеркивающее силу и власть.

Фамилия образована по русской модели: к основе Демирхан добавлен патронимический суффикс -ов, а затем — окончание -а, указывающее на женский род. Это говорит о том, что фамилия сложилась в среде, где тюркские имена адаптировались под русскую грамматику — скорее всего, на Кавказе или в Поволжье, где русское делопроизводство фиксировало имена местных жителей в привычной для себя форме. Встречается фамилия преимущественно среди народов Дагестана (особенно у кумыков и лезгин), а также у азербайджанцев и чеченцев.

Словообразовательная модель здесь проста и показательна: тюркское составное имя + русский суффикс принадлежности. Это отличает Демирхановых, например, от фамилий с суффиксом -лы/-ли (вроде Демирханлы), которые остались бы в чисто тюркской форме. Выбор -ов вместо -ин тоже не случаен: суффикс -ов чаще присоединяли к основам на согласный (Демирхан), тогда как -ин — к основам на -а/-я. Поэтому фамилия Демирханов — результат именно русской канцелярской традиции, а не тюркской родовой.

Значение исходного имени — «железный хан» — могло быть не просто поэтическим прозвищем. В тюркской среде такие имена давали в знак пожелания несокрушимости, твёрдости характера или в честь уважаемого предка, обладавшего этими качествами. Никаких документальных свидетельств о конкретном Демирхане, от которого пошла фамилия, не сохранилось — это типичная ситуация для массовых фамилий, возникших в XIX веке при учёте населения.