Фамилия Шамсемухаметова происходит от составного мужского имени Шамсемухамет, которое состоит из двух арабских корней: «шамс» (солнце) и «Мухаммад» (прославленный, достохвальный). Таким образом, имя Шамсемухамет буквально означает «Солнце Мухаммада» или «Солнце, подобное Мухаммаду». Это теофорное имя, распространенное в тюрко-мусульманской среде, особенно у татар и башкир, где было принято давать детям имена, включающие имя пророка или его эпитеты.

Фамилия образована по русской модели притяжательных прилагательных с суффиксом -ов, который присоединяется к основе имени. В женском роде появляется окончание -а, указывающее на принадлежность к роду: Шамсемухаметова — «дочь или жена Шамсемухамета». Встречается и мужской вариант — Шамсемухаметов. Такая модель типична для фамилий, возникших у поволжских народов в XIX–XX веках, когда при переходе к паспортной системе фамилии часто записывали по имени отца.

Географически фамилия привязана к районам традиционного проживания татар и башкир: Татарстан, Башкортостан, Оренбургская, Челябинская области. Встречается и в среде сибирских татар. Редкость фамилии объясняется тем, что двусоставное имя Шамсемухамет не было столь же массовым, как, например, просто Мухамет или Шамсутдин. Это имя чаще давали в семьях с религиозным уклоном или в среде мулл.

Интересно, что в отличие от более частых фамилий на -утдинов или -уллов, здесь сохранилась полная форма имени без усечения. Это указывает на то, что фамилия могла быть записана непосредственно по документам, а не передаваться устно через поколения. Если бы фамилия складывалась в бытовой речи, скорее всего, имя редуцировалось бы до короткого варианта. Поэтому Шамсемухаметова — скорее «кабинетная» фамилия, зафиксированная чиновниками при переписи.