Фамилия Демошенков образована по одной из самых массовых моделей русских фамилий — с помощью патронимического суффикса -ов, который присоединялся к основе, оканчивающейся на согласный. В основе лежит имя или прозвище Демошка — это обиходно-разговорная форма канонического крестильного имени Дементий (в просторечии Дементий, Дементь). Полное церковное имя — Дометий (от латинского domitus — «укрощённый», «приручённый»), но в русской народной среде оно быстро перешло в формы на Дем-: Дементий, Демошка.

Суффикс -к- в основе Демошка характерен для уменьшительно-ласкательных или просто обиходных имён в северной и центральной России. Такие формы активно использовали в быту, а фамилии от них фиксировали уже в XVI–XVII веках, когда крестьяне и посадские люди обзаводились постоянными родовыми прозваниями. Таким образом, Демошенков буквально означает «сын Демошенка», где Демошенок — ещё одна уменьшительная форма того же имени (с суффиксом -енок, распространённым в северо-западных говорах). Со временем окончание -ок в основе перешло в -к- перед суффиксом -ов, что дало современное написание Демошенков.

Географически фамилия тяготеет к западным и северо-западным областям России — Смоленщине, Псковщине, Тверской земле. Именно там суффикс -енок (-онок) в отчествах и прозвищах был особенно живуч (сравните: Волчонок → Волчонков, Козлёнок → Козленков). В документах XVIII–XIX веков Демошенковы встречаются среди государственных крестьян и мещан, реже — среди однодворцев. Дворянских родов с такой фамилией не зафиксировано, что подтверждает её «низовое» происхождение.

В написании фамилии возможны варианты Демошенков и Демошенко (без суффикса -ов), причём второй вариант типичен для украинской традиции. Однако в русском контексте форма на -ов закрепилась как основная, а фамилия Демошенко встречается реже и обычно указывает на миграцию с юга или на украинские корни. Таким образом, Демошенков — это прозрачная по составу фамилия, которая прямо говорит о предке по имени Демошка, Демошенок, то есть о человеке, которого в быту звали уменьшительно от Дементия.