Название дано русскими во второй половине XVI века по имени главы хантского рода, жившего в то время на берегах этой реки, князька Нимньюяна. Его имя было усвоено русскими в привычной форме календарного имени Демьян; соответственно и река называлась Нимнянка или Демьянка[4].
Истоки в болотах Васюганья на северо-востоке Омской области, где называется Южной Демьянкой. Далее течёт по территории Уватского района Тюменской области. Крупнейшие притоки: Кеум, Тямка — правые; Тегус, Урна, Имгыт, Большой Куньяк — левые.
Общая длина реки — 1159 км, площадь водосбора — 34 800 км² при средней его высоте 90 м, принимает 50 притоков, длиной более 10 км. Общее количество водотоков в бассейне реки достигает внушительного значения: 1689, с общей длиной 10 913 км. Коэффициент густоты речной сети составляет 0,31 км/км². Средневзвешенный уклон реки 0,07 ‰, что указывает на спокойное течение, умеренные деформационные процессы и мелкофракционный состав донных отложений.
Долина реки как в верхнем, так и в среднем течении имеет трапецеидальную форму. Склоны долины реки относительно крутые, местами обрывистые, имеют разнообразную таёжную растительность. Древесная растительность представлена смешанными лесами, хвойными породами деревьев: кедр, сосна, ель, пихта; лиственными породами: осина, берёза, ива. Из кустарников преобладает черёмуха, тальник.
Русло реки неразветвлённое, сильно извилистое. Дно русла илисто-песчаное. На время весеннего подъёма уровня воды река частично становится судоходной. Русло на мелководье захламлено поваленными деревьями, кустарником. Тип руслового процесса — свободное меандрирование. Меженный продольный уклон незначительный — 0,034 ‰. Ледоход проходит на подъёме половодья.
Бассейн Демьянки значительно заболочен и отличается огромным количеством малых озёр: заболоченность 50 %, залесённость 45 %. Озерность не столь велика и не превышает 2,0 %, что вызвано крайне малыми размерами внутриболотных озёр.