Фамилия Шахмедова — один из тех редких случаев, когда основа не славянская, а тюркско-персидская, и образована не от прозвища или ремесла, а от личного имени. Корень здесь — «Шахмед», что является стяжённой формой арабского имени «Шахмамед» или «Шахмухаммед». Первая часть «шах» в переводе с персидского означает «царь», «господин», «владыка», вторая — имя пророка Мухаммеда («восхваляемый», «прославленный»). Полное имя Шахмухаммед — «царь Мухаммед» или «царь прославленный», что звучало как пожелание величия и уважения к носителю. В быту для удобства произношения имя сократили до Шахмед, отбросив часть «му».

Суффикс «-ов» в фамилии Шахмедова — чисто русский патронимический формант, указывающий на принадлежность: «сын Шахмеда». По модели такие фамилии массово возникали в XIX — начале XX века, когда у народов Кавказа и Средней Азии, исповедующих ислам, при оформлении документов в Российской империи к имени отца добавляли русское окончание. Женская форма Шахмедова, соответственно, означает «дочь (или жена) Шахмеда».

Географически фамилия чаще всего встречается среди народов Дагестана (особенно лезгин, табасаранцев, азербайджанцев), а также у татов и горских евреев. В этих регионах имя Шахмед (Шахмамед) было распространённым, и фамилия закрепилась как указание на родоначальника. Встречается она и у чеченцев, ингушей, реже — у татар и народов Средней Азии, но с меньшей частотой.

С точки зрения социального контекста, носители фамилии Шахмедова вряд ли принадлежали к высшей знати. Имя Шахмед не было княжеским или ханским титулом — это скорее благочестивое имя, популярное в среде ремесленников, торговцев и крестьян. В дореволюционных метрических книгах Дагестана и Азербайджана фамилия фиксируется с конца XIX века, что совпадает с периодом активной русификации местных имён.

Если сравнивать с однокоренными вариантами, то встречаются Шахмедов, Шахмамедов, Шахмаметов — все они восходят к тому же имени, но с разной степенью редукции. Форма Шахмедова, с окончанием на «-а», указывает на женский род, но в современном русском языке используется как неизменяемая фамилия для женщин, а для мужчин — Шахмедов. В документах и переписях путаница между мужской и женской формами редка, так как фамилия чётко маркируется окончанием.