Фамилия Демошина образована от мужского имени Демоша. Это неофициальная, разговорная форма церковного имени Дементий (Дометий), которое в свою очередь восходит к греческому «дометиос» — «укротитель, смиритель». На русской почве имя Дементий дало целое гнездо фамилий: Дементьев, Демешин, Демошин, Демошина. Ударение в фамилии падает на второй слог: Демо́шина.

Модель образования проста: суффикс -ин указывает на принадлежность. В старину Демошиными называли детей, жену или домочадцев человека по прозвищу Демоша. Такая модель типична для северных и центральных губерний России, где широко бытовали уменьшительные формы крестильных имен. В южных и западных регионах чаще встречался суффикс -енко или -ук.

Стоит отметить, что основа «Демош-» встречается реже, чем «Демеш-». Это говорит о том, что фамилия Демошина могла закрепиться в конкретной местности — возможно, в Поволжье или на Вятке, где любили «окающие» говоры и формы с твердым «о»: Демоша вместо Демеша. Прямых документальных свидетельств о прозвище Демоша за пределами именной традиции нет, но в ономастических словарях (например, в работе В. А. Никонова) подобные формы рассматриваются именно как производные от Дементия.

Сословных ограничений фамилия не имела. Демошины могли быть и крестьянами, и мещанами, и служилыми людьми. В писцовых книгах XVII века встречаются упоминания крестьян Демошиных в Арзамасском уезде, но массового распространения фамилия не получила — она остается сравнительно редкой. Сегодня носительниц фамилии Демошина можно встретить в основном в центральной России и в Сибири, куда предки переселялись в ходе аграрных реформ.