Фамилия Дэмли — редкий случай для русской ономастики. Сразу бросается в глаза нехарактерное окончание: в русском языке нет исконного суффикса «-ли», а фамилии на «-ий», «-ый», «-ой» обычно имеют славянские корни. Здесь же мы видим финаль «-ли», что наводит на мысль о неславянском происхождении.

Скорее всего, фамилия Дэмли — это русифицированная запись западноевропейской фамилии. Наиболее правдоподобная версия — английская или шотландская фамилия Dempsey, Dempster или Dumley. При переезде носителя в Российскую империю или СССР фамилию могли записать на слух: «Дэмли» — это транслитерация, где «э» передаёт английский звук [e] после твёрдого согласного, а «ли» — окончание, которое в оригинале может быть -ley, -ly или -lie. Другой вариант — немецкая фамилия Dämmli или Demli, но она встречается реже. Исконно русской основы «дэм-» не существует, что подтверждает иноязычный корень.

Если верна английская версия, то фамилия могла восходить к топониму (названию места) или прозвищу. Например, Dempsey происходит от ирландского Ó Díomasaigh — «потомок гордеца». Другой вариант: Dumley — от древнеанглийского dun (холм) и leah (поляна, лес). В таком случае предок носителя фамилии Дэмли жил у холмистой поляны или был известен своим нравом. В России эта фамилия закрепилась, скорее всего, за потомками иностранцев, приглашённых на службу (военных, инженеров, врачей) в XVIII–XIX веках, или за обрусевшими семьями, которые сменили гражданство.

В написании есть одна деталь: буква «э» после согласной в русском языке встречается в основном в заимствованиях (мэр, сэр, пэр). Это дополнительно указывает на то, что фамилия не прошла полной адаптации — её не переделали в «Демли» (с буквой «е»), а оставили с «э», чтобы сохранить твёрдое произношение первого слога. Такое написание характерно для документов XIX — начала XX века, когда правила русификации ещё не устоялись. Сейчас носители фамилии Дэмли в России — это, как правило, потомки тех самых «западных» переселенцев, чья родовая история уходит в Европу, а не в славянские земли.