Фамилия Шалкенбаев образована по распространённой в тюркских языках модели: к личному имени или прозвищу добавляется аффикс принадлежности -бай, а затем русский патронимический суффикс -ев. Ключевой элемент здесь — «бай», который в казахском, башкирском, татарском и других тюркских языках означал «господин», «богач», «хозяин», а в составе имён часто указывал на пожелание богатства и знатности мальчику. Первая часть — «Шалкен» — скорее всего, восходит к тюркскому корню «шал» (старый, седой, мудрый) с добавлением уменьшительного или ласкательного суффикса -кен, что даёт значение «старенький», «дедушка» или почтительное прозвище старшего мужчины. Таким образом, Шалкенбай — это составное имя-пожелание вроде «будь богатым и мудрым старцем».

Встречаются и другие версии. Иногда «шалкен» связывают с диалектным казахским словом «шалқын» — «разлив», «половодье», что могло быть прозвищем человека, жившего у разливающейся реки, или метафорой широкой, щедрой натуры. Но эта гипотеза менее убедительна: имя Шалкенбай в исторических записях встречается именно как антропоним, а не прозвище по местности.

Фамилия типична для казахов, особенно для родов Старшего и Среднего жузов, где такие сложные имена с компонентом -бай были особенно популярны в XVIII–XIX веках. Русское окончание -ев появилось при оформлении фамилий в официальных документах Российской империи — так имя отца Шалкенбай превратилось в фамилию для его потомков. Географически Шалкенбаевы чаще всего встречаются в южных и центральных областях Казахстана, а также среди казахской диаспоры в приграничных районах России.

С точки зрения словообразования, фамилия примечательна тем, что сохранила редкий суффикс -кен в основе, который в современных казахских именах почти вытеснен другими уменьшительными формами. Это делает её хорошим маркером архаичного именослова — по такой модели, например, образованы имена Кенжебай (младший бай) или Толекенбай, но Шалкенбай уникален именно привязкой к старости и мудрости, а не к возрасту или порядку рождения.