Фамилия Демоновы, как и многие русские фамилии, образована от имени собственного. Её основа — имя Демон, которое в данном случае не имеет отношения к «бесовскому» значению. Скорее всего, это просторечная сокращённая форма церковного имени Дементий (от латинского «укротитель»). В народе имя Дементий часто сокращали до Дёма, Демон — так же, как Евдокима сокращали до Доки, а Феодора до Феди.

Словообразовательная модель типична: суффикс -ов указывает на принадлежность («чей?»), то есть Демоновы — это потомки человека по имени Демон. Этот способ закрепления фамилий был особенно распространён в XV–XVI веках среди служилых и богатых людей, когда фамилия начинала передаваться по наследству и обозначала род.

Стоит отметить, что фамилия Демонов (и её форма Демоновы) может быть редким, но не уникальным случаем. В ономастике существует несколько фамилий, образованных от имён, которые впоследствии приобрели другое, негативное значение в литературном языке — например, Сатановский или Чёртов. Однако в момент возникновения фамилии Демоновы никакой демонической окраски в ней не было: имя Демон воспринималось как обычное уменьшительное от Дементия.

Точное место и время возникновения фамилии Демоновы установить сложно — процесс формирования фамилий был долгим и шёл по-разному в разных регионах. Но ясно одно: эта фамилия — живой памятник народной речи, где звучание имени было важнее его буквального смысла.