Основой фамилии Демыхин послужило имя Демыха. Именование Демыха, скорее всего, представляет собой уменьшительную форму одного из русских мужских имён: Дементий (в переводе с латинского «укротитель»), Демид или Диомид (греческое, «совет божий»), Демьян (греческое, «покоритель»). Согласно другой, менее правдоподобной версии, фамилия Демыхин образована от прозвища Демыха, которое происходит от диалектного (новгородского и тверского) слова «дёмить», что значит «лукавить, обманывать». Следовательно, такое прозвище мог получить человек, склонный к плутовству. Таким образом, потомок человека, обладающего именем Демыха, со временем получил фамилию Демыхин.