Фамилия Шахвалеева — женская форма мужской фамилии Шахвалеев. Её основа восходит к составному имени-прозвищу, что сразу отличает её от более простых по структуре фамилий. Модель образования типична для русского ономастикона: суффикс -ев присоединён к основе, заканчивающейся на мягкий согласный или «й» (Шахвалей → Шахвалеев). Фамилия недвусмысленно указывает на тюркские или иранские корни.

Ключевой элемент — «шах». В тюркских и персидских языках это слово означает «царь», «владыка», «господин». Вторая часть, «валей» или «валий», восходит к арабскому «вали» — «святой», «покровитель», «друг Аллаха». Таким образом, Шахвалей — это составное имя, которое можно перевести как «царь святых» или «господин покровитель». Подобные сложные имена с компонентом «шах» (Шахмурад, Шахназар) были распространены в среде татар, башкир, а также у народов Кавказа и Средней Азии.

Вероятнее всего, фамилия Шахвалеев (и, соответственно, Шахвалеева) имеет булгаро-татарское происхождение. Казанские и мишарские татары часто использовали арабские и персидские элементы в именах, и фамилии на -ев от таких имён встречаются в Татарстане, Башкортостане и соседних регионах. Встречается она и у азербайджанцев, где форма Шахвалей могла быть адаптирована как личное имя.

В русской среде фамилия закрепилась через процесс обрусения: носитель тюркского имени Шахвалей получал прозвище Шахвалей, а его дети записывались уже как Шахвалеевы. Со временем ударение могло сместиться, но исходное значение — «сын того, кого звали Шахвалей» — осталось неизменным. Фамилия редкая, и её носители, как правило, могут проследить свои корни в регионах с татарским или азербайджанским населением.