Фамилия Шамесов — редкий пример, когда основа, скорее всего, не славянская, а тюркская или арабо-персидская, а русский суффикс -ов превратил её в типичную русскую фамилию. В русском языке суффикс -ов указывает на принадлежность: «чей?» — Шамесов, то есть сын или потомок человека по имени или прозвищу Шамес.

Самая вероятная версия происхождения основы — от арабского имени Шамс (شمس), что означает «солнце». В тюркских языках, особенно у татар и башкир, это имя получило форму Шамес или Шамси. Фамилия Шамесов могла возникнуть в среде крещёных татар или других тюркских народов, перешедших в православие, где к имени добавили стандартный русский патронимический суффикс. В этом случае предок носителя фамилии звался Шамесом, и его дети стали Шамесовыми.

Есть и другая, менее распространённая, но возможная версия: связь с еврейским именем Шамес. В идише «шамес» (שמש) — это синагогальный служка, выполняющий хозяйственные и административные обязанности. Однако фамилии с окончанием на -ов у евреев Российской империи встречаются, но чаще в форме Шамес или Шамесман. Версия с еврейским корнем менее вероятна для фамилии на -ов, но полностью исключать её нельзя, особенно если учитывать, что в некоторых регионах фамилии могли русифицироваться именно так.

Географически фамилия Шамесов встречается редко, её очаги — Поволжье, Урал и Западная Сибирь, что косвенно подтверждает татаро-башкирскую версию. Сословно предки могли быть как крестьянами, так и мещанами, но из-за редкости фамилии точных данных о дворянских корнях нет. В любом случае, фамилия Шамесов — это яркий пример того, как тюркское или арабское имя «прижилось» на русской почве, получив привычное для уха окончание.