Pirmās ziņas par Demeni atrodamas 1493. gadā.[4] Līdz 1830. gadam tā piederēja Freitāgu - Loringhofenu dzimtai, kas parādu dēļ muižu pārdeva.
Pagasts dibināts ap 1885. gadu, apvienojot Briģenes, Šembergas, Behovas, Feldhovas, Demenes un Demenes mācītājmuižas pagastus.
1920. gada zemes reformas gaitā Demenes (Demmen) muižu sadalīja 30 vienībās 681 ha kopplatībā, Briģenes (Brüggen) muižu sadalīja 62 vienībās 782 ha platībā, Skaistkalnes (Schönberg) muižu sadalīja 10 vienībās 300 ha platībā, Lauku muižu (Neufeld) sadalīja 2 vienībā 111 ha platībā, Dārza muižu (Gartenhof) sadalīja 15 vienībās 392 ha platībā, Matulānišķu (Matuliszki) muižu sadalīja 13 vienībās 248 ha platībā, Robežu muižu (Grenztal) sadalīja 11 vienībās 238 ha platībā, Apeļu muižu sadalīja 6 vienībās 184 ha platībā, Kondrašova muižu sadalīja 7 vienībās 261 ha platībā, Upes muižu (Bächhof) sadalīja 10 vienībās 300 ha platībā, Turmontu (Turmont) muižu sadalīja 2 vienībās 217 ha platībā[5]
1935. gadā pagasta platība bija 108,7 km². 1945. gadā pagastā tika izveidotas Demenes, Jāņuciema un Līdumnieku ciema padomes. 1979. gadā Demenes ciemam tika pievienots Jāņuciema ciems, bet 1998. gadā Līdumnieku pagasts. 2009. gadā pagasts kā teritoriāla vienība iekļauts Daugavpils novadā. 2021. gadā Daugavpils novadu iekļāva Augšdaugavas novadā.
Demenes pagasta dienvidos uz Lietuvas robežas pie Demenes robežkontroles punkta atrodas Latvijas galējais dienvidu punkts (55°40' Z.p.), ko iezīmē akmens zīme "Saules puķe".