Фамилия Денмченко — редкий случай, когда написание почти полностью скрывает исходное слово. На первый взгляд, корень «Денм» выглядит иноязычным или искусственным, но на самом деле мы имеем дело с типичной украинской фамилией, где произошла фонетическая потеря одного звука.

В основе лежит крестильное имя Демьян (от латинского Damianus, «посвящённый богине Дамии»). В украинском языке это имя дало формы Демко, Демченко — через суффикс -енко, обозначающий потомка («сын Демка»). Однако в фамилии Денмченко мы видим результат упрощения: сочетание «мч» в середине слова было неудобно для произношения, и между ними вставили носовой звук «н» (явление, известное как эпентеза). Так «Демченко» превратилось в «Денмченко». Подобные перестройки встречаются в говорах, где стараются избегать стечения согласных.

Суффикс -енко — один из самых распространённых в украинской ономастике, он указывает на патронимическое происхождение. Фамилии на -енко массово закрепились в Запорожской Сечи и на Левобережной Украине в XVI–XVII веках. Таким образом, предок носителя фамилии Денмченко был, скорее всего, казаком или крестьянином, которого звали Демко (уменьшительное от Демьян).

Географически фамилия тяготеет к центральным и восточным областям Украины — Полтавщине, Черкащине, Сумщине. В России она встречается редко и часто записывается на слух, из-за чего возможны варианты «Демченко» (правильный с точки зрения исходной формы) и «Денмченко». Интересно, что в метрических книгах XIX века иногда фиксировали обе версии для одной семьи — писарь мог записать как слышал.

Других правдоподобных версий происхождения нет. Гипотеза о связи с тюркским словом «ден» (море) или немецкой фамилией Dennemann не выдерживает критики: суффикс -енко однозначно выдаёт восточнославянскую, а точнее украинскую, модель образования фамилий.