Фамилия Шагделеев — редкая и неочевидная с точки зрения происхождения. На первый взгляд она напоминает множество фамилий на -еев, образованных от тюркских имен или прозвищ (ср. Батеев, Каратеев). Однако здесь есть особенность: основа Шагделей не встречается в распространенных словарях личных имен, что заставляет искать другие пути.

Скорее всего, перед нами фамилия, возникшая из прозвища, которое, в свою очередь, образовано от двух тюркских корней. Первая часть — «шаг» (şah) в значении «шах, государь, повелитель» или же от арабского «шах» (свидетель). Вторая часть — «делей» или «дилей» (deli) — в тюркских языках означает «безумный, отчаянный, храбрый до безрассудства». Таким образом, Шагделей могло быть прозвищем человека, которого в шутку или всерьёз называли «царь-безумец» или «отчаянный храбрец». В тюркской ономастике подобные составные прозвища с гиперболическим значением не редкость.

Модель образования фамилии — русская: к основе Шагделей добавлен патронимический суффикс -ев, означающий «сын Шагделея». Фамилия закрепилась, скорее всего, в среде татарского или башкирского населения, позже перешедшего в русское сословие. В пользу этого говорит и характерный для тюркских языков звук «г» в середине слова (как в фамилиях Шагиев, Шагалеев). Географически фамилия тяготеет к регионам Поволжья и Приуралья, где традиционно сильны татарские и башкирские корни.

Есть и более прозаичная версия: Шагделеев может быть искажённым вариантом фамилии Шахделеев или Шагиделеев, где первая часть восходит к арабскому «шахид» (свидетель, мученик за веру). В этом случае «шахид делеи» означало бы «безумный свидетель», что тоже укладывается в логику прозвищного имени. Но из-за редкости фамилии и отсутствия письменных источников однозначно выбрать версию сложно.

Написание фамилии устойчиво: Шагделеев. Вариантов с буквой «ы» на конце (Шагделеевых) практически не встречается — это указывает на то, что фамилия прошла стандартную русификацию и не относится к архаичным формам на -их/-ых. Социальный статус первых носителей, вероятнее всего, был крестьянским или мещанским — среди дворянских родов такая фамилия не фиксируется.