Фамилия Демышева — женская форма, а мужская — Демышев. Искать её происхождение логичнее всего в мужском варианте, потому что именно от мужского прозвища или имени образовалась фамилия. В основе лежит имя Демыш — краткая, просторечная форма крестильного имени Дементий (в церковной традиции Дометий). Полное имя Дометий происходит от латинского «домо» — «укрощать, подчинять», так что древний смысл фамилии — «потомок укротителя». Но для реальной истории русских фамилий это почти ничего не значит: Демышевых и Дементьевых «назначали» не по характеру, а по имени деда или отца.

Суффикс -ыш- в основе — редкая и показательная деталь. В русском языке этот суффикс чаще встречается в нарицательных словах (глупыш, малыш) и придаёт оттенок уменьшительности или фамильярности. В антропонимии он встречается реже, чем стандартные -к- или -ш- (Демка, Дема). Демыш — это не просто «маленький Дементий», а скорее домашнее, обиходное именование, которое закрепилось за человеком в быту. Такие формы были особенно распространены в крестьянской и мещанской среде XV–XVII веков, где полное церковное имя в повседневности почти не употребляли.

Географически фамилия Демышевы не привязана к одному региону, но по данным современных телефонных справочников чаще встречается в Поволжье (особенно в Самарской и Ульяновской областях) и на Урале. Это косвенно указывает на позднее закрепление фамилии — скорее всего, в XVII–XVIII веках, когда шло активное заселение этих земель. Если бы фамилия возникла раньше, в московский период, она бы плотнее сидела в центральных губерниях.

С точки зрения сословной истории Демышевы — почти наверняка крестьяне или посадские люди. Дворянские роды с такой фамилией не зафиксированы в «Бархатной книге» и Гербовнике. Суффикс -ев (а не -ов) появился из-за мягкой основы: Демыш — Демыша — Демышев. Никакой смысловой разницы с фамилиями на -ов нет, это чисто фонетическое правило.

Сравнение с однокоренными фамилиями — Дементьев, Демин, Дёмкин — показывает, что Демышев стоит в ряду самых «домашних» вариантов. Дементьев образован от полной формы имени, Демин — от сокращённой Дема, а Демышев — от ласкательно-пренебрежительной. В быту такая форма могла закрепиться за человеком, которого в семье или деревне звали именно Демышем, и это прозвище перешло к детям как фамилия. Других версий (от тюркских корней, от названия ремесла) нет: основа прозрачно славянская и восходит к имени, а не к профессии или месту.