Фамилия Шамшетдинов образована от арабского личного имени Шамшетдин. Это сложносоставное имя: первая часть «шамс» переводится как «солнце», вторая — «дин» означает «вера, религия». Вместе имя можно понять как «солнце веры» или «светоч религии». Такие имена с элементом «дин» — Динмухаметов, Сафиуллин, Гайнутдинов — широко бытовали в среде татар и башкир, а также у других тюркоязычных народов, исповедующих ислам.

Русская фамилия Шамшетдинов, как и многие фамилии на -ов, возникла по патронимической модели: от имени отца. Суффикс -ов указывает на принадлежность: «чей?» — Шамшетдинов, то есть сын Шамшетдина. По такой же схеме образованы фамилии Шамсутдинов, Шамсиев и другие варианты от того же корня. Встречается также форма Шамшетдинов с буквой «е» во втором слоге — она отражает особенности произношения в некоторых тюркских диалектах.

В дореволюционной России носители этой фамилии относились по большей части к сословию государственных крестьян или мещан, реже — к купечеству. Распространена фамилия в Татарстане, Башкортостане, Оренбургской и Челябинской областях, а также среди татарской диаспоры в Средней Азии. В метрических книгах и ревизских сказках XIX века фамилия встречается в записях о жителях деревень Казанской и Уфимской губерний.

Любопытная деталь: в отличие от более частого варианта Шамсутдинов, где корень «шамс» сохраняет арабскую форму, фамилия Шамшетдинов закрепилась в той огласовке, которая была ближе к разговорной тюркской речи. Это показывает, как книжное арабское имя адаптировалось в быту и затем застыло в фамилии.