Фамилия Шахмелян — армянская по происхождению, что сразу видно по типичному окончанию -ян (в старой орфографии -янц), означающему «принадлежащий к роду» или «потомок». В основе лежит мужское личное имя Шахмел, которое в Армении встречается в двух вариантах: как самостоятельное имя и как составная часть сложных имён. Первая часть — «шах» (царь, владыка, из персидского), вторая — «мел» (от арабского «малик» — царь, владелец). Получается, что имя Шахмел — это двойное «царь» или «царь-владыка», своего рода усилительная форма, которая подчёркивала знатность или силу.

Такая модель образования — от имени предка с суффиксом принадлежности — самая распространённая в армянской ономастике. То есть Шахмелян — это буквально «из рода Шахмела». Встречается также вариант Шахмелянц, где -ц — остаток древнего родительного падежа, что более архаично и чаще фиксируется в диаспоре или в записях XIX века.

Географически фамилия привязана к исторической Западной Армении и областям, где армянское население жило вперемешку с персидским и арабским. Имена с корнем «шах» (Шахназарян, Шахвердян) особенно часты среди армян из Вана, Муша, Сасуна и районов, граничивших с Персией. Шахмелян — более редкая ветвь этого гнезда, и её носители, скорее всего, происходят из одного компактного села или городского квартала, где жил родоначальник с двойным именем.

Сословной принадлежности по фамилии не угадать: армянский суффикс -ян не различал дворян, крестьян или духовенство. Однако само имя, возвеличивающее власть, могло даваться в семьях, хоть как-то связанных с местной администрацией или торговлей, где ценился статус. Никаких документальных подтверждений этому нет — это лишь логика антропонимики.

В написании фамилия устойчива: Шахмелян, через букву «е» после «м». Встречающиеся изредка варианты Шахмельян с двойным «л» или Шахмелянц — результат русификации или диалектного произношения. Поскольку фамилия редкая, её носители, вероятно, хорошо помнят устное предание о предке, но в открытых источниках эта история не записана.