По площади уезд занимал 4120,2 квадратных вёрст. Население по состоянию на 1890 год — 68,9 тыс. человек.
Уезд был расположен на территории исторической Деревской пятины Новгородской земли. Северо-западная часть уезда вдоль течения рек Полы и Поломети представляла собой плоскую лесистая низину, со множеством болот, юго-восточная часть — холмиста (Валдайская возвышенность) и безлесна.
Учрежден 7 августа 1824 года. В него вошли часть Старорусского уезда, волости Валдайского и Крестецкого уезда Новгородской губернии и волости Холмского уезда Псковской губернии.
В 1913 году в состав уезда входило 19 волостей[3], образована Вельевская волость (с. Вельё), упразднена Черноручейская волость.
Уезд, кроме Демянска, включал в себя ещё несколько сравнительно крупных населённых пунктов: станции Московско-Виндаво-Рыбинской железной дороги — Лычково и Любницы, село Молвотицы и село Полново.
В 1914 году Демянском уезде было три благочинных округа Новгородской епархии. В двух было по 13 приходов, а в одном — 11. В 1865 году в Демянском благочинии было 34 церкви (из них 21 каменная) и 58 часовен.