Фамилия Шамсекаев — редкий пример, где в основе лежит не просто имя, а целая формула: «слуга солнца». Корень здесь восходит к арабскому «шамс» (شمس) — «солнце». В мусульманских именах этот корень част: Шамс, Шамси, Шамсуддин («солнце веры»). К нему добавлен тюркский компонент «-кай», который в ряде тюркских языков (татарском, башкирском) образует уменьшительные или ласкательные формы имени. Получается Шамсекай — «солнышко», «светик» как ласковое прозвище или уменьшительное от имени Шамси.

Русский суффикс «-ев» превратил это прозвище в фамилию по стандартной модели: чей? — Шамсекаев. То есть буквально «потомок Шамсекая». Важно не путать с фамилией Шамшикаев: вторая форма восходит к имени Шамши — с другим аффиксом, но с тем же корнем «шамс».

Географически фамилия почти наверняка тюрко-татарского происхождения. Её носители — потомки служилых татар, башкир или казанских мурз, которые в XVI–XVII веках переходили на русскую службу и получали земли, а вместе с ними и фамилии по отцу. Встречается она в Поволжье и на Урале, но крайне редко. В переписях XVIII–XIX веков такая фамилия могла записываться как Шамсекеев или Шамсикаев — из-за нестабильности огласовки в тюркских именах при записи кириллицей.

Социальный статус предков мог быть разным: от крещёных татар-земледельцев до мелкопоместных дворян. Но однозначных данных по сословной принадлежности именно Шамсекаевых нет — фамилия слишком редкая, чтобы её проследили в боярских книгах или ревизских сказках. Основная версия — прозвищная, от ласкового обращения к человеку, которого сравнивали с солнцем.