Фамилия Шаматаев — одна из тех, где ясна основа, но неочевидно исходное слово. Она образована по стандартной русской модели: к основе «Шаматай» добавили патронимический суффикс -ев, указывающий на принадлежность («чей?» — Шаматаев сын). Ударение, скорее всего, падает на последний слог — Шамата́ев, как в большинстве фамилий на -аев.

Корень «Шамат» не имеет прямых параллелей в славянской лексике, поэтому логичнее всего искать его в тюркских языках. В татарском, башкирском, казахском слово «шамат» (или близкое «шаммат») могло означать либо прозвище, либо личное имя. По одной из версий, «шаматай» — это человек с определённой внешностью или характером: от «шам» (свеча, светильник) или «шамшат» (самшит, твёрдое дерево, переносно — крепкий, стойкий). Вторая версия связывает основу с арабским «шам» — Сирия, но это менее вероятно для фамилии, бытовавшей в Поволжье и на Урале.

Географически фамилия Шаматаев встречается в основном среди татар, башкир и в смешанных русско-тюркских регионах: в Татарстане, Башкортостане, Оренбургской и Челябинской областях. Это указывает на то, что предки носителя фамилии, скорее всего, были выходцами из тюркской среды, принявшими христианство (или изначально жившими в русском окружении) — иначе фамилия сохранила бы окончание -ов при мусульманском имени, а не русский суффикс.

Словообразовательный нюанс: суффикс -аев в русских фамилиях встречается реже, чем -ов или -ев, и почти всегда указывает на иноязычную основу, оканчивающуюся на «ай». Форма «Шаматаев» вместо «Шаматов» (от «Шамат») говорит о том, что прозвище или имя было именно «Шаматай» — с уменьшительным или ласкательным тюркским аффиксом. То есть предка звали не просто Шамат, а Шаматай — «светик», «огонёк» или «крепкий малый». В документах XVII–XVIII веков такие имена фиксировались как неканонические, мирские.

Сравнение с однокоренными фамилиями (Шаматов, Шаматовский, Шамаев) показывает, что Шаматаев — наиболее редкий вариант, сохранивший полную форму исходного антропонима. Если Шаматовы могли быть и крещёными татарами, и русскими, принявшими прозвище от диалектного «шамат» (неразборчиво говорящий), то Шаматаев почти наверняка ведёт род от человека с тюркским именем-прозвищем Шаматай.