Фамилия Шагамбаев — редкая, и её разбор требует осторожности: сходство с фамилиями на -баев (Карабаев, Сатбаев) подсказывает тюркское происхождение, но конкретная основа неочевидна. Суффикс -ев (вариант -ов после мягких и шипящих) указывает на русскую модель патронимического образования: «чей?» — сын или потомок человека по имени или прозвищу Шагамбай. Само имя Шагамбай, скорее всего, составное: первая часть «шага» (от тюркского «шаг» — время, пора, или «шага» — нога, шаг) и вторая «бай» (богатый, хозяин, господин). В тюркских языках «бай» — частый компонент личных имён, обозначающий статус или пожелание богатства.

Наиболее правдоподобная версия — имя Шагамбай могло означать «богатый временем» или «хозяин времени» (в переносном смысле — удачливый, вовремя родившийся). Менее вероятна связь с «шага» как «нога»: «бай с быстрым шагом» — скорее прозвище, чем имя. Географически фамилия встречается в среде народов Поволжья и Урала (татары, башкиры), у казахов, а также у тюркоязычных групп Кавказа (кумыки, ногайцы). Это указывает на то, что предок носителя фамилии был из среды, где тюркские имена с компонентом «бай» были нормой, а после вхождения в состав Российской империи фамилию оформили по русскому образцу.

С точки зрения словообразования, Шагамбаев стоит в одном ряду с фамилиями типа Ахметбаев, Исламбаев, Темирбаев. Разница в том, что основа «Шагам» не является распространённым арабским или персидским именем, что делает её либо местным диалектным вариантом, либо прозвищным именем. Социально носители фамилии, скорее всего, происходили из крестьян или казаков — «бай» в фамилии не гарантирует богатства предка, а лишь указывает на имя, которое мог дать отец в надежде на достаток. Чёткой сословной привязки нет: фамилия встречается и в среде служилых татар, и у простых скотоводов.

Среди известных носителей — спортсмены и деятели культуры из Казахстана и Башкортостана, но фамилия остаётся малочисленной. В исторических документах (например, ревизских сказках Оренбургской губернии XIX века) встречаются варианты написания Шаганбаев и Шагамбай — это нормально для записи тюркских имён русскими чиновниками на слух. Таким образом, Шагамбаев — тюркская по корню, но русская по форме фамилия, образованная от личного имени-пожелания, распространённая в зоне контакта тюркских и славянских культур.