Фамилия Шамелов — относительно редкая, и её происхождение связано с тюркскими корнями. В основе лежит личное имя или прозвище Шамель, которое восходит к арабскому имени Шамиль (в тюркском произношении — Шамель). Имя Шамиль означает «всеобъемлющий», «охватывающий всё», а в мусульманской традиции это одно из эпитетов, связанных с полнотой и совершенством. Таким образом, Шамелов — это «сын Шамеля» или «потомок человека по имени Шамель».

Словообразовательная модель здесь стандартна для русских фамилий: к основе Шамел- добавляется патронимический суффикс -ов, указывающий на принадлежность. Такая модель была особенно распространена в среде крещёных татар и других тюркских народов, которые входили в состав Российской империи. Если бы фамилия образовалась от канонического христианского имени, она звучала бы иначе — скажем, Шамильев или Шамилев. Форма «Шамелов» выдаёт именно народное, бытовое произношение имени, адаптированное к русской фонетике.

Географически фамилия чаще всего встречается в Поволжье, особенно в Татарстане, Башкортостане и соседних областях, где исторически были сильны тюркские общины. Встречаются Шамеловы и среди русских, но в таких случаях, вероятно, предки были крещёными татарами или башкирами, принявшими православие и получившими фамилию по имени отца.

Существует и другая, менее вероятная версия: от прозвища Шамель, связанного с диалектным словом «шамель» — так в некоторых говорах называли шмеля. Но это объяснение спорное, так как прозвища от насекомых в русской традиции редки, а имя Шамиль — широко известно. Поэтому первая версия, с именем, выглядит гораздо убедительнее.

В дореволюционных документах фамилия могла записываться по-разному: Шамелев, Шамилов, а иногда и через «а» — Шамалов. Вариативность связана с тем, что безударные гласные в устной речи смешивались, а писарь фиксировал на слух. Современное написание «Шамелов» закрепилось в XX веке, когда паспортная система унифицировала фамилии.