Фамилия Шагатаев — редкий случай, когда основа почти наверняка ведёт не в славянские, а в тюркские языки. Разбирать её стоит с корня «шагатай» (иногда произносится как «чагатай»). Это имя собственное, хорошо известное по истории: Чагатай (или Джагатай) — второй сын Чингисхана, легендарный правитель Средней Азии. В тюркских языках, особенно в казахском, башкирском и татарском, имя Чагатай/Шагатай бытовало как личное, а со временем перешло в фамилии.

Модель образования здесь простая: к основе «Шагатай» прибавили русский патронимический суффикс -ев (фонетический вариант -ов после мягкого согласного). Такой способ типичен для фамилий, которые фиксировали в метрических книгах и переписях у народов Поволжья, Урала и Сибири. Суффикс указывает на принадлежность: Шагатаев буквально значит «сын Шагатая» или «из рода Шагатая». Важно, что в татарской и башкирской среде фамилии на -ев нередко закреплялись за целым родом, а не за одним человеком.

Есть и второй, менее вероятный, но возможный вариант — от прозвища Шагатай. В тюркских диалектах «шагатай» могло означать «быстрый», «резвый» или относиться к человеку с восточными чертами лица, которого в шутку сравнивали с потомком Чингисхана. Однако первая версия — прямая связь с историческим именем — выглядит убедительнее, учитывая, что фамилия встречается у татар, башкир и казахов, где память о Чагатае сохранялась веками.

Географически Шагатаевы чаще всего встречаются в Башкортостане, Татарстане и Оренбургской области. В дореволюционных записях эту фамилию могли писать по-разному: «Чагатаев», «Шегатаев» — из-за особенностей произношения и записи тюркских звуков русскими писарями. Сословно предки Шагатаевых, скорее всего, были государственными или ясачными крестьянами, реже — служилыми татарами или башкирами, но точных данных о дворянстве или купечестве по этой фамилии нет.