Фамилия Дёмцева образована от мужского крестильного имени Дементий. В переводе с латинского оно означает «укрощающий, усмиряющий». Но в основе фамилии не полное имя, а его просторечная, обиходная форма — Дёмец. Именно такие усечённые варианты (Дёма, Дёмка, Дёмец) были в ходу в крестьянской и рабочей среде, где полные церковные имена часто заменяли короткими домашними прозвищами.

Есть и другая версия происхождения. Дёмец мог быть производной формой от имён Демид (греческое «свет божий») или Демьян (греческое «покоритель»). Оба имени в народе давали похожие уменьшительные варианты, так что чётко разделить, от какого именно имени пошла фамилия, невозможно. Спор этот обычен для русских фамилий на -ец: суффикс указывает на принадлежность («сын Дёмца»), но сам корень мог принадлежать нескольким календарным именам.

Суффикс -ев в фамилии Дёмцев (женская форма Дёмцева) присоединился к основе Дёмец- по правилам русского языка: после мягкого согласного пишется -ев, а не -ов. Такая модель типична для фамилий, возникших в северных и центральных губерниях России. Скорее всего, основатель рода Дёмцевых был простым человеком — крестьянином или ремесленником, которого в быту звали Дёмец, а его дети и внуки стали записываться как Дёмцевы.