Фамилия Шагалеева — женская форма фамилии Шагалеев. В её основе лежит мужское личное имя или прозвище Шагалей. Это имя, скорее всего, восходит к тюркскому корню «шага» или «шагы», что означает «время», «пора», «срок». В этом случае Шагалей — человек, родившийся в определённое время, или же тот, кому дали имя по какому-то событию. Другая, менее вероятная версия, связывает основу с арабским именем Шагаль, но в русской среде оно почти не встречается, поэтому тюркское происхождение выглядит убедительнее.

Фамилия образована по стандартной русской модели: к основе Шагалей добавили патронимический суффикс -ев, указывающий на принадлежность («чей?» — Шагалеев, то есть сын Шагалея). Женская форма Шагалеева появилась как естественное грамматическое изменение при замужестве или наследовании.

Географически фамилия Шагалеев/Шагалеева распространена в Поволжье и на Урале — в Татарстане, Башкортостане, Оренбургской области. Это типичная зона расселения татар и башкир, где тюркские имена легко встраивались в русскую фамильную систему. Встречается она и у русских, но реже — обычно как результат смешанных браков или русификации.

Сословно предки носителей фамилии чаще всего были крестьянами или мещанами. В документах XIX века Шагалеевы упоминаются среди государственных крестьян Казанской губернии. Никаких дворянских родов с этой фамилией не зафиксировано, что указывает на простонародное происхождение.

Сравнение с однокоренными фамилиями вроде Шагалов, Шаганов, Шагаев показывает, что все они идут от разных форм одного корня, но суффикс -еев у Шагалеева встречается реже, чем -ов или -ин, что делает эту фамилию более локальной и менее типичной для общерусского ономастикона.