Фамилия Шахтамиров — один из тех случаев, где корень говорит сам за себя, а суффикс указывает на географию. Основа «Шахтамир» — это сложносоставное имя или прозвище, где первая часть «шах» (персидское «царь», «властитель») соединяется со второй «тамир». «Тамир» — это либо арабское имя, означающее «финиковая пальма», либо, что вероятнее в данном контексте, тюркское «темир» — «железо». В тюркских языках звук «т» в начале слова часто переходит в «т» и в русской записи фиксируется как «тамир». Получается «Железный царь» или «Царь-железо» — типичная восточная составная антропонима, выражающая пожелание силы и власти.

Русский суффикс -ов указывает на то, что фамилия оформлялась на территории Российской империи, скорее всего, в среде оседлых народов Кавказа или Поволжья. Шахтамировы — это потомки человека, которого звали Шахтамир. По модели образования фамилия аналогична таким, как Шахназаров («шах» + «назар» — «взгляд») или Шахвердиев («шах» + «верди» — «дал»). Все они указывают на азербайджанские, дагестанские или персидские корни.

Наиболее вероятная родина фамилии — Дагестан или Азербайджан. В этих регионах имя Шахтамир (или Шахтемир) встречается у лезгин, аварцев, а также у азербайджанцев. В дореволюционных записях фамилию могли фиксировать как Шах-Тамиров или Шахтемиров, но написание через «а» закрепилось в XX веке. Сословной принадлежности по фамилии не определить: её могли носить и горские князья (беки), и простые крестьяне, взявшие фамилию по имени отца при переписях.

В русском языке фамилия склоняется как обычное мужское отчество: Шахтамирова, Шахтамирову. В тюркской или кавказской среде ударение чаще падает на последний слог — Шахтами́ров, хотя в русском быту встречается и вариант с ударением на второй слог — Шахта́миров. Разница не меняет значения: перед нами типичная «географическая» фамилия, связывающая носителя с исламским Востоком и традицией именования через составные имена-пожелания.