Фамилия Шамшаева — женская форма фамилии Шамшаев, и её происхождение напрямую связано с мужским личным именем или прозвищем Шамшай. В основе лежит тюркское или арабское имя Шамша, которое в разных языках имеет значение «солнце» (от персидского «шамс») или «свеча, светильник». В тюркской среде имя Шамшай могло означать «солнечный», «лучезарный», и его давали ребёнку, желая ему светлой судьбы.

Формант -ев в фамилии указывает на русскую патронимическую модель: Шамшаев — буквально «сын Шамшая». Такое окончание характерно для фамилий, образованных от основ на мягкий согласный или -й. Встречается фамилия в основном в регионах с исторически смешанным русско-тюркским населением — в Поволжье, на Урале, в Западной Сибири, а также среди татар и башкир, у которых фамилии на -ев нередко русифицировались.

Примечательно, что в русских говорах слово «шамша» могло означать не только имя, но и прозвище для болтливого человека (от глагола «шамшить» — болтать, пустословить). Однако такая версия менее вероятна: фамилия Шамшаев встречается заметно чаще в тюркоязычных семьях, где исходное имя Шамша зафиксировано в метрических книгах. Если предок носителя фамилии был крещёным татарином или башкиром, то фамилия закрепилась как раз по отцу — Шамшаю.

Сословно носители фамилии могли быть как крестьянами, так и мещанами или купцами. В документах XVIII–XIX веков Шамшаевы встречаются среди государственных крестьян Казанской губернии и среди уфимских татар. В целом фамилия редкая, но устойчивая: она не исчезла после советской урбанизации, и сегодня её можно встретить в разных уголках России, особенно в Татарстане и Башкортостане.