Фамилия Демьяненок — наглядный пример того, как в русском языке закрепилась форма, типичная для белорусской и западнорусской ономастики. Её выдает суффикс -ёнок. В центральных и северных русских говорах отчество от имени Демьян строили бы через -ов или -ин (Демьянов, Демьянин), а вот на территории современных Беларуси, Смоленщины, Брянщины и Псковщины патроним образовывали по-другому: Демьянёнок — «малый Демьян», то есть сын Демьяна.

Основа фамилии — крестильное имя Демьян, народная форма канонического Дамиан (греч. Damianos). В православных святцах это имя связано с братьями-бессребрениками Космой и Дамианом, покровителями ремесленников и врачевателей. Имя было распространенным в крестьянской среде, поэтому фамилия Демьяненок не указывает на сословную исключительность: её носили в основном свободные землепашцы и мещане западных губерний Российской империи.

Словообразовательная модель -ёнок (в белорусском произношении — -онак, -енак) изначально имела уменьшительно-родственный оттенок. Если отец носил имя Демьян, то его сына в деревне называли Демьянёнком — «Демьяныч» по-местному. Со временем такое прозвание закрепилось как фамилия, передаваемая уже внукам и правнукам, которые к первоначальному Демьяну могли не иметь прямого отношения.

Встречаются варианты написания: Демьяненок (через «е» после «н») и Демьянёнок (с буквой «ё»). В документах XIX — начала XX века чаще фиксировали первый вариант, поскольку букву «ё» в метриках и ревизских сказках систематически заменяли на «е». Это не меняет ни происхождения, ни ударения: ударение падает на последний слог — Демьянёнок.

Однокоренные фамилии — Демьянов, Демьянчук, Демьянович, Демьяненко — различаются суффиксами, характерными для разных регионов. Демьяненок стоит в том же ряду, что и Ивасёнок, Матвеёнок, Пантелеёнок, и указывает на географию рода: скорее всего, предки жили в зоне белорусско-русского пограничья. Точных данных о распространении фамилии в старых переписях мало, но сегодня она встречается в Витебской, Могилёвской областях Беларуси и в прилегающих районах России — Смоленской, Брянской.