Фамилия Шагалимов звучит на слух как восточная, и это верное направление. Её основа восходит к тюркскому имени Шагалим, которое, в свою очередь, является диалектной или фонетической формой арабского имени Шахим (или Шахимжан) — «щедрый», «благородный», «великодушный». Переход звуков «х» в «г» и «к» в «г» в тюркских языках — явление частое, так что Шагалим — это «тот же» Шахим, но адаптированный под местное произношение. Модель образования проста: русский патронимический суффикс -ов присоединился к тюркскому имени, превратив его в фамилию, которая буквально означает «потомок Шагалима».

Географически фамилия тяготеет к Поволжью и Приуралью. Наибольшая концентрация носителей Шагалимовых фиксируется в Башкортостане, Татарстане, а также в Оренбургской и Челябинской областях. Это указывает на то, что предки современных Шагалимовых, скорее всего, были башкирами или татарами, которые в XVIII–XIX веках, при переходе на русскую систему фамилий, получили эту фамилию по имени отца. Среди башкир имя Шагалим (иногда в форме Шагали) встречается в родословных записях, что подтверждает его корневую основу.

Есть и менее вероятная, но не исключённая версия: связь со словом «шагала» — так в некоторых тюркских говорах называют галку или мелкую птицу. Тогда прозвище Шагала мог получить человек за сходство с этой птицей (например, за крикливость или подвижность), а фамилия образовалась бы через форму Шагалин с последующим наращением -ов. Однако эта гипотеза слабее: во-первых, суффикс -им в основе указывает на имя, а не на птицу, во-вторых, для тюркских фамилий на -ов типично именно имя отца, а не прозвище от животного.

В написании фамилии стоит обратить внимание на ударение. В русской среде оно чаще всего падает на третий слог — Шагали́мов, хотя в тюркском оригинале ударение могло быть на первом слоге. Это обычная адаптация: русский язык «передвигает» ударение по своим законам, смещая его ближе к суффиксу. Среди однокоренных фамилий — Шагалиев, Шагалин, Шагалов — все они восходят к тому же корню, но различаются суффиксами. Шагалимов стоит несколько особняком: суффикс -им здесь не уменьшительный, а скорее указывает на конкретную форму имени, что делает фамилию более редкой по сравнению с массовыми Шагаловыми.