1935年（昭和10年）3月の卒業間近、級担任から赤十字の学生募集について紹介を受ける。「女でお国のために尽くせる唯一の道」と受験を決意、これが半生の職業となる「看護」への転機であった。時世は満州事変から日中戦争へと向かう過渡期、日本は準戦時体制下にあった。そのような中、名門の第一高等女学校を出て看護の道に進むことは、家族の深い理解と協力がなければ困難な時代でもあり、また相当勇気のいることであった。県立第一高等女学校を卒業すると日本赤十字社沖縄県支部救護看護婦養成所に入所する。1938年（昭和13年）3月、赤十字の養成所を卒業後、しばらくは母校県立第一高等女学校の衛生婦（現在の養護教諭）また県立女子師範学校の衛生婦を兼務した。翌年日本赤十字社第95救護班要員として応召し、北九州市の小倉陸軍病院へ配属された。1937年に支那事変が勃発し、日中の間では全面的な戦争状態となっており（日中戦争）、陸軍病院には満州、北支、南支など中国全土から次々と傷病兵が送られてきた。看護婦のなかでも赤十字の看護婦は新人でも責任の重い仕事を任され、ノブも重症病棟の管理責任者となった。「兵隊さん以上にやらなければ」と月二回の休日も自分の意思で返上し、夜勤明けの翌日はそのまま勤務するなど赤十字看護婦としての誇りを高く持ち、常に患者の救護を第一に考え行動した。4年8か月にわたる小倉陸軍病院での献身的な勤務が評価され1940年（昭和15年）4月に勲八等瑞宝章が授与された。
1918年（大正7年）沖縄県首里市山川町にて、父朝信、母マカトのもと、兄1人、姉1人、妹2人の5人兄妹の次女として生まれる。1925年（大正14年）父親が勤務する玉城小学校に入学、3年生のある晩に校庭で映画「ああ松本訓導」を鑑賞する。この映画は急流の川に転落した学童を助けるために溺れてしまう松本訓導（先生）を描いたもの。「感動で胸がいっぱいになり、今でもあの映画の場面が目に浮かぶ」と晩年に寄稿した琉球新報コラム「私の師(上)」で述べている。1928年（昭和3年）美東小学校4学年に転校、1929年（昭和4年）には宜野湾小学校5学年に転校、この頃に大好きな琉球民謡「えんどうの花」を教わる。半年後、嘉数小学校に転校し1931年（昭和6年）同校を卒業するが、当時の担任であった浦浜朝敏先生の熱心な指導もあり、県内で多くの教育者を輩出する名門、県立第一高等女学校に進学した。
ボン出身。1972年にアビトゥーアに合格、同年CDUに入党する。兵役ののちミュンスター大学とフライブルク大学で法学と歴史学を学び、1979年に第一次、1982年に第二次国家司法試験に合格する。学生時代に学生キリスト教民主同盟 (RCDS) の活動に従事。大学卒業と同時にベルリン（当時は西ベルリン）市庁に勤務し、リヒャルト・フォン・ヴァイツゼッカー、エーベルハルト・ディープゲン両市長の下で働く。1986年に連邦カルテル局に関する論文でミュンスター大学より博士号を授与される。1985年から1989年まで、ベルリン市長（＝州首相）府政策局長及びベルリン市議会CDU報道官を務める。ドイツ再統一を控えた1990年、ドイツ民主共和国（東ドイツ）首相府に顧問として勤務し、西ドイツ側代表の一員として統一に関する事務に従事する。東ドイツ首相は従兄のロタール・デメジエールだった。この時トーマス・デメジエールが首相である従兄ロタールに政府副広報官として推薦したのが、当時は弱小政党に属し無名の存在だった、のちの首相アンゲラ・メルケルだった。東西ドイツ統一がなった直後の1990年11月にメクレンブルク＝フォアポンメルン州の文化大臣次官に就任する。1994年12月から州首相府長官としてベルント・ザイテ州首相 (CDU) の下で働いた。1998年の州議会選挙での敗北によるザイテ内閣の退陣に伴い退任。1999年10月26日、ザクセン州首相のクルト・ビーデンコプフに首相府長官として迎えられる。2001年1月30日、前任者ゲオルク・ミルブラットの退任を受け、同州財務相に就任。2002年にミルブラットがビーデンコップフの後継州首相に就任すると、その内閣に法務大臣として迎えられ、2004年11月の州議会選挙後に内相に転じた。この州議会選挙に当選し、ザクセン州議会議員となる。なお2007年5月、ザクセン州憲法擁護庁の捜査により、ザクセン州の政治家・司法関係者・警察関係者が職権濫用や違法な不動産取引、児童売春や売春組織への関与など、組織犯罪に関係していた疑惑が明らかになったが、2004年から1年間内相を務めたデメジエールも関与が疑われた。2005年11月、メルケルが連邦首相に就任するのに伴い、連邦首相府長官及び無任所特命大臣に就任。この職は内閣の情報収集・管理の責任者でもある。2009年のドイツ連邦議会選挙にマイセン選挙区から出馬して初当選した。それにより成立した第2次メルケル内閣では内相に転じた。就任前の8月にはインターネット規制強化を主張する発言をしている。2011年3月には、博士論文盗用スキャンダルにより辞任に追い込まれた前任者カール＝テオドール・ツー・グッテンベルクの後任として国防相に転じた。デメジエールは大臣として平時におけるドイツ連邦軍最高指揮官の地位に就いたが、軍人としては現在も予備役中尉である。2013年ドイツ連邦議会選挙の結果を受け同年12月に発足した第三次メルケル内閣では、内相に復帰した。