Фамилия Демьяновы принадлежит к числу древних русских родов, и её история зафиксирована в документах XVII века. Один из предков, Иван Афанасьевич Демьянов, получил поместья в 1642 году, а его потомков позже внесли в VI часть родословных книг Тверской и Костромской губерний. Это указывает на принадлежность к столбовому дворянству, то есть к роду, чьё дворянство доказывалось до 1685 года.

Сама фамилия образована по стандартной для русской ономастики модели: от полной формы крестильного имени Демьян с помощью патронимического суффикса -ов. Имя Демьян — это русская народная форма канонического имени Дамиан, которое пришло из греческого языка и означает «покоритель» или «укротитель». Первоначально фамилия указывала на отца: «сын Демьяна».

Хотя процесс становления фамилий в России был долгим и мог завершиться в разных слоях населения в разное время, конкретный случай Демьяновых показывает, что к середине XVII века фамилия уже существовала и использовалась для передачи по наследству. Примечательно, что в отличие от многих других фамилий, образованных от уменьшительных форм (вроде Дёмин или Демочкин), здесь взята полная, официальная форма имени, что косвенно может говорить о статусе носителя.

Среди однокоренных фамилий — Демьяновский, Демьянович, а также украинские и белорусские варианты Демьяненко и Демьянчук. В русском контексте фамилия Демьяновы прочно связана с дворянскими родами центральной России, что подтверждается их внесением в родословные книги именно этих губерний.