Ihre erste komplette Weltcupsaison begann Demtschenko mit einem 17. Rang zum Saisonauftakt in Igls. Es folgten elfte Ränge in Park City im Einzelrennen wie auch im Sprintrennen, für das sie sich erstmals qualifizierte. Sie entwickelte sich zu einer Spezialistin für Sprints, hier erreichte sie häufig bessere Ergebnisse als in den Einzelrennen. So konnte sie sich bei der nächsten Weltcupstation in Calgary nach einem 14. Platz knapp für das Sprintrennen qualifizieren. Dort erreichte sie ihre erste Top-Ten Platzierung. In Sigulda konnte sie die Platzierung als Siebte erneut verbessern, bevor sie in Oberhof als 15. erneut nur knapp die Qualifikation für den Sprint schaffte, in dem sie sich wieder auf den zehnten Platz verbesserte. Es folgten die Weltmeisterschaften 2016 am Königssee, bei denen Demtschenko den zehnten Platz erreichte. In der U-23-Sonderwertung gewann sie hinter Julia Taubitz und Summer Britcher die Bronzemedaille. Auf ihrer Heimbahn in Sotschi musste sie sich nur ihrer Landsfrau Tatjana Iwanowa geschlagen geben und erreichte erstmals das Podium im Weltcup. In Altenberg belegte sie Platz sieben, bei der gleichzeitigen Europameisterschaft 2016 wurde sie Fünfte. Am Ende der Saison belegte Demtschenko sowohl im Gesamtweltcup, als auch in der separaten Sprintweltcup-Wertung die neunten Plätze.