Фамилия Демишин — это классический пример «полуотчества»: её образовали от обиходной формы крестильного имени, добавив фамильный суффикс -ин. В основе, скорее всего, лежит имя Демиша — уменьшительный вариант от Дементий (от латинского domitius — «укрощающий», «усмиряющий»). Это церковное имя давали при крещении, а в быту человека звали проще — Демиша, Дема, Демушка. Позже форма Демиша закрепилась как родовое прозвание: «чей?» — Демишин, то есть сын или потомок Демиши.

Менее вероятно, но не исключено, что та же самая форма Демиша могла образоваться от имён Демид (греческое «свет божий») или Демьян (греческое «покоритель»). Разные корни при одинаковом звучании — типичная ситуация для народной этимологии, когда несколько имён «стягиваются» к одной бытовой форме. Точный источник в каждом конкретном роду можно было бы установить только по церковным метрикам: какое имя стояло в записи о рождении предка.

Модель на -ин указывает, что фамилия сформировалась в среде, где основой служили слова на -а/-я (Демиша → Демишин). Такие фамилии особенно характерны для Северной и Центральной России, а также для части украинских и белорусских земель. В отличие от фамилий на -ов/-ев, которые образуются от основ на твёрдый или мягкий согласный, -ин — более древний суффикс, он маркирует принадлежность к конкретному лицу.

Говорить о точном времени возникновения фамилии Демишин сейчас сложно: процесс шёл несколько столетий, с XV по XIX век, и в разных сословиях с разной скоростью. Крестьяне и мещане часто получали фамилии позже дворян, иногда только после отмены крепостного права в 1861 году. Поэтому Демишины могли появиться и в XVII веке в среде служилых людей, и в XIX — в крестьянской среде.

Фамилия встречается не повсеместно, а имеет очаговое распространение. Заметное число носителей зафиксировано в Брянской, Смоленской и Псковской областях — то есть в зоне, где исторически пересекались русские, белорусские и польские влияния. Это косвенно подтверждает, что корень мог быть не только русским: в польском и белорусском языках форма Demisz тоже встречается как производная от Demian или Dymitr.

С точки зрения словообразования фамилия Демишин ничем не примечательна — суффикс -ин один из самых частых. Но её уникальность в том, что она сохранила живую, «домашнюю» форму имени, которая почти вышла из употребления. Сегодня Демишей почти не называют, а фамилия осталась — как окаменевший след той речевой привычки, когда человека называли не полным именем, а ласковым сокращением.