Фамилия Шахмеев — редкий случай, когда в основе лежит не просто имя или прозвище, а целая конструкция, собранная из двух языков. Если разобрать её на части, первое, что бросается в глаза, — корень «шах». В тюркских и иранских языках это слово означает «царь», «правитель», «владыка». В русских фамилиях оно появлялось не из титулатуры, а чаще как часть мужского имени: Шах, Шахбаз, Шахмардан. Вторая половина — «мей» — может быть искажённым тюркским «бай» (господин, богач) или восходить к арабскому имени Махмуд, Мейли. В любом случае перед нами сложение: «шах» + что-то, что усиливает значение власти или достатка.

Фамилия образована по русской модели с суффиксом -ев, который присоединяют к основам на мягкий согласный. Это типичный патроним: Шахмеев буквально означает «сын Шахмея». Исходное имя Шахмей (или Шахмай) — составное, популярное у народов Поволжья и Кавказа. В татарской среде, например, имя Шахмай фиксируется в документах XVIII–XIX веков, и именно оттуда, скорее всего, фамилия пришла в русскую письменность.

Географически носители фамилии Шахмеев встречаются в регионах, где исторически жили татары и башкиры: в Татарстане, Башкортостане, Челябинской и Оренбургской областях. Меньше — в центральной России. Это указывает на то, что предки Шахмеевых были, вероятно, служилыми татарами или крестьянами, получившими фамилию при переписях XIX века. Сословная принадлежность могла быть разной: от ясачных людей до купцов, но суффикс -ев, а не -ин, говорит о том, что основа не оканчивалась на -а/-я, что типично для тюркских имён.

В ономастике нет единого мнения, как именно переводить имя Шахмей. В словарях тюркских имён его иногда связывают с «шах» и «мей» — «царь-праздник» или «царь-вино», но это поздняя поэтическая интерпретация. Прагматичнее считать, что Шахмей — это стяжение от двухосновного имени, например, Шахмухаммет (шах + Мухаммед), где вторая часть со временем редуцировалась. Тогда Шахмеев — это «сын того, кто подобен царю и Мухаммеду», что для мусульманской среды было именем с сильной религиозной окраской.

Написание фамилии устойчиво: через букву «е» после «м», хотя в дореволюционных документах можно встретить вариант Шахмаев или Шахмеевъ. Двойных форм вроде Шахмеев/Шахмиев нет — это говорит о том, что фамилия закрепилась в одном произносительном варианте, вероятно, в среде мишарей или казанских татар.