Фамилия Демовы (в мужском варианте — Демов) образована от имени Дема, которое было одной из просторечных, бытовых форм канонического имени Дементий. Это имя восходит к латинскому domo — «укрощать», так что в основе прозвища или имени лежит значение «укротитель», «смиритель». Суффикс -ов указывает на принадлежность: Демов буквально означал «сын Демы» или «человек из рода Демы».

Такая модель образования — от сокращённой, обиходной формы полного церковного имени — одна из самых распространённых в русской ономастике. Дема могло быть как уменьшительным от Дементия, так и от имени Демид (церковное Диомид) или Демьян (Дамиан). Нередко в документах XVII–XVIII веков встречаются записи крестьян и посадских людей под именем Дема без указания полной формы, что затрудняет точную привязку, но не меняет сути: фамилия восходит к личному имени, а не к прозвищу по занятию или внешности.

Фамилия Демов довольно редка в сравнении с однокоренными Дементьев, Демьянов или Демидов. Основные очаги бытования — центральные и южные области России, где имя Дементий было в ходу в крестьянской среде, а также на Урале, куда фамилия попала с переселенцами в XVIII веке. В некоторых говорах Демой могли называть и человека с тихим, покладистым нравом — по смыслу того же латинского корня, но это уже вторичное осмысление.

О точном времени возникновения фамилии говорить сложно: процесс шёл с XV по XIX век, и каждая конкретная ветвь Демовых могла оформиться в разное время. Ясно одно — фамилия Демов, как и сотни других на -ов, фиксирует память о предке, которого в быту звали просто Дема, и эта форма закрепилась в родовом имени.