Фамилия Диментов образована от народной формы Димент крестильного имени Дементий. В основе имени лежит латинский глагол domo — «укрощать», так что исходное имя Дементий (в просторечии — Демент) означало «укротитель» или «смиренный». Поскольку фамилия построена с помощью типичного русского суффикса -ов, она указывает на принадлежность к главе семьи: «сын Димента» или «из дома Димента».

Скорее всего, носители фамилии происходили из простого сословия — крестьян или мещан. В дворянской среде имя Дементий встречалось, но оформление в виде Диментов (с заменой -ий на -т и без церковнославянского окончания) характерно именно для народной, бытовой традиции. Это же словообразовательное отличие отличает Диментовых от родственных фамилий Дементьев или Демин, где корень сохранён ближе к исходному.

Географически фамилия редкая, её немногочисленные очаги можно встретить в центральных и южных областях России, а также среди переселенцев на Урале. Поскольку фамилия образована от просторечного варианта имени, она несёт отпечаток живой разговорной речи прошлых веков — когда священник в метрике записывал «Дементий», а в быту человека звали Диментом. Именно эту бытовую форму и закрепила фамилия.