Фамилия Демыкина образована от мужского имени Демыка — народной, разговорной формы таких крестильных имён, как Дементий и Демид. Это характерный для русской ономастики случай: полные церковные имена в быту сокращали и переделывали на свой лад, а уже от этих обиходных вариантов возникали фамилии с суффиксом -ин. Суффикс -ин указывает на принадлежность: Демыкин буквально значит «сын Демыки» или «из рода Демыки».

Имя Демид восходит к греческому Диомид, что переводится как «божественная власть» или «совет божий». Его небесным покровителем считают святого мученика Диомида — врача, который в III веке лечил больных и одновременно наставлял их в христианской вере, за что и пострадал. Дементий же (от латинского «укротитель») связан с памятью одного из сорока Севастийских мучеников — воинов, принявших смерть за Христа в начале IV века. Оба имени были распространены в простонародной среде, поэтому их уменьшительная форма Демыка встречалась довольно часто.

По модели образования фамилия Демыкина стоит в одном ряду с такими же «краткими» фамилиями, как Демин, Демочкин или Демушкин. Все они отталкиваются от разных вариантов одного корня, но суффикс -ин в данном случае — один из самых древних и частых в русской фамильной системе, особенно на севере и в центральных областях России. Географически фамилия Демыкина чаще всего фиксируется в Поволжье и некоторых районах Урала, что подтверждает её крестьянское происхождение: в этих регионах прозвищные имена-основы держались дольше всего.

Таким образом, носитель фамилии Демыкина — потомок человека, которого в быту звали Демыкой. Это мог быть либо Демид, либо Дементий, причём в документах XVII–XVIII веков форма Демыка встречается как самостоятельное нецерковное имя, не привязанное строго к одному святому. Фамилия закрепилась в том виде, в каком её записали при первых переписях, и с тех пор почти не менялась.