Фамилия Шагырбаев — редкий случай, когда географический и этнический след просматривается почти однозначно. Её основа — тюркское личное имя или прозвище Шагырбай, где вторая часть «бай» означает «богач», «хозяин», «господин». Первая часть, «шагыр», скорее всего, восходит к казахскому или киргизскому слову со значением «смелый», «отважный» (в некоторых диалектах — «шустрый», «бойкий»). Таким образом, Шагырбай — это составное имя-пожелание: «смелый богач» или «отважный хозяин». Фамилия образована по стандартной русской модели прибавлением суффикса принадлежности «-ев», который в тюркских фамилиях заменяет окончание «-ов» после мягких или шипящих основ: Шагырбай → Шагырбаев.

Региональная привязка фамилии — юг Казахстана и прилегающие районы Средней Азии. Встречается она преимущественно среди казахов, реже — среди киргизов и каракалпаков. В русском контексте фамилия фиксируется с XIX века, когда при переписях и воинском учёте кочевое население получало фамилии по отцу: если отца звали Шагырбай, сын автоматически становился Шагырбаевым. В отличие от многих русских фамилий, где суффикс «-ев» указывает на «сына» или «внука», здесь он просто оформляет тюркское имя по русским грамматическим правилам.

С точки зрения словообразовательной модели, фамилия Шагырбаев стоит в одном ряду с такими, как Баймуратов, Бекбаев, Сагынбаев. Но есть у неё и особенность: корень «шагыр» не слишком частотен в антропонимии. Встречаются фамилии Шагыров, Шагыровский, но они обычно восходят к другому корню — от «шагир» (ученик, последователь в арабо-персидской традиции). Шагырбаев же чётко держится тюркской основы «шагыр» в значении «смелый» — это подтверждается и тем, что в казахских родословных (шежире) имя Шагырбай встречается как реальное историческое, а не книжное.

Есть и вторая, менее вероятная версия: что «шагыр» — это искажённое «шагир» (араб. «поэт» или «ученик»), но тогда вторая часть «бай» выглядит неестественно: «поэт-богач» — семантически сомнительное сочетание для кочевой среды, где «бай» обычно присоединяли к словам, обозначающим качества, а не профессии. Поэтому первая версия предпочтительнее.

В сословном отношении предки носителей фамилии, скорее всего, относились к скотоводам или мелким родоправителям, но не к высшей знати (султанам или торе), так как у тех были другие модели имён. Фамилия не получила широкого распространения за пределами Средней Азии — её носители в России встречаются точечно, в основном среди потомков казахских переселенцев в Оренбургской, Астраханской областях и в Татарстане.