Фамилия Шахмадеев — один из ярких примеров того, как русская модель фамилии (суффикс -ев) накладывается на тюркское имя, превращая его в наследственное родовое прозвище. В основе лежит арабское имя Шахмадей (или Шахмадай), которое состоит из двух частей: «шах» (персидское — «царь, владыка, господин») и «мадей» (от арабского «мада» — «хвала, восхваление»). Таким образом, имя-основа означает «царь хвалы» или «прославленный владыка». Встречается и другой вариант корня — от «шах» и «мад» («слава»), что даёт значение «царь славы».

Фамилия образована по русскому патронимическому принципу: к основе Шахмадей добавили притяжательный суффикс -ев, указывающий на принадлежность («сын Шахмадея»). Такая модель типична для фамилий, возникших в среде крещёных татар, башкир и других тюркских народов Поволжья и Приуралья, которые в XVI–XIX веках принимали православие. В метрических книгах и ревизских сказках Казанской, Оренбургской и Уфимской губерний фамилия фиксируется с конца XVIII века. Интересно, что в документах XIX века встречаются варианты написания: Шахмадеев и Шахмадиев — разница объясняется диалектным произношением гласных в тюркских говорах.

С точки зрения словообразования, фамилия стоит в одном ряду с однокоренными Шахматов, Шахманов, Шахмаметов. Но если Шахматов чаще связывают с тюркским «шахмат» (буквально «царь умер» — имя, дававшееся в знак траура), то Шахмадеев имеет более торжественную семантику. Суффикс -ев (а не -ов) в данном случае не случаен: он присоединяется к основам, оканчивающимся на мягкий согласный или й, что и произошло с именем Шахмадей.

Носители фамилии в основном происходят из среды служилых татар (мурз) и государственных крестьян, которые после крещения получали русские фамилии, но сохраняли память о родовом имени. В советское время фамилия распространилась шире, в том числе в Башкортостане, Татарстане, Челябинской и Оренбургской областях. Искать её корни стоит именно в этих регионах, где имя Шахмадей было известно как мужское личное имя (встречается в переписях XVII–XVIII веков).