Фамилия Мухамметшина — одна из тех, что выдают происхождение почти безошибочно. Её основа — мужское личное имя Мухамметша, которое представляет собой народную, адаптированную форму арабского имени Мухаммад (прославляемый, достохвальный) с добавлением персидского компонента -ша (шах, государь). Таким образом, имя Мухамметша можно перевести как «царь Мухаммад» или «господин, подобный Мухаммаду» — титульная форма, подчёркивавшая уважение.

Словообразовательная модель здесь простая и типичная для тюркских фамилий, вошедших в русский обиход: к основе на гласный добавляется русский патронимический суффикс -ин, указывающий на принадлежность («чей?»). Мухамметшина — дочь или жена Мухамметши. Мужской вариант — Мухамметшин. Фамилия эта почти наверняка имеет татарское или башкирское происхождение, так как среди этих народов имя Мухамметша (и его варианты Мухаммадша, Мухаметша) было широко распространено вплоть до XX века.

Интересно, что в отличие от фамилий на -ов/-ев, которые в русской среде могли образовываться от мирских имён и прозвищ, фамилии на -ин от имён на -а (вроде Мухамметшина, Абдуллина, Ахметшина) в тюркской среде чётко маркируют патроним. Носительница такой фамилии — потомок человека, которого звали Мухамметша. Сословный состав предков мог быть разным: это и муллы, и торговцы, и крестьяне. В метрических книгах Оренбургской, Уфимской, Казанской губерний такие имена встречаются повсеместно.

Встречаются варианты написания через «е» — Мухаметшина, что связано с редукцией гласных в устной речи и особенностями записи в советских паспортах. Но корень остаётся тем же: арабское имя пророка, обрамлённое титулом шаха, и русский суффикс, превративший имя в фамилию.