Фамилия Демирова образована от тюркского мужского имени Демир. В переводе на русский язык оно означает «ковкое железо» — слово, которое в тюркских языках издавна служило и личным именем, и прозвищем, и частью составных имен. Демир, Темир, Тимур — звонкие варианты одного корня, который прослеживается у многих народов: от татар и башкир до азербайджанцев и народов Средней Азии. Название металла, прочного и поддающегося обработке, входило в состав имени не случайно: родители желали мальчику силы, стойкости и твёрдого характера.

С точки зрения словообразования, фамилия Демирова — это притяжательное прилагательное с суффиксом -ов, указывающим на принадлежность: «сын (или дочь) человека по имени Демир». Окончание -а выдаёт женскую форму фамилии. В русской традиции такие фамилии закрепились за потомками тех, кого в документах записывали как Демир, Демиров сын или Демиров. Процесс формирования фамилий у разных сословий шёл неравномерно: у крестьян и горожан они массово фиксировались лишь в XIX веке, поэтому точно определить место и время возникновения конкретного рода Демировых можно только на основании генеалогических исследований.

У фамилии есть и возможная альтернативная версия: в некоторых говорах русского севера «демиркой» называли человека, занимавшегося кузнечным делом или работой с металлом. Однако эта гипотеза менее убедительна — тюркская основа имени Демир встречается в ономастических источниках значительно чаще и надёжнее документирована. Географически фамилия Демирова особенно распространена в Поволжье, на Урале и в Западной Сибири — регионах, где веками соседствовали русские и тюркские народы, а личные имена и прозвища свободно переходили из одной языковой среды в другую.