Фамилия Шамсонов — редкий случай, когда тюркское, а точнее арабо-тюркское, имя становится основой для русской фамилии. В основе лежит мужское имя Шамсон, которое является вариантом имени Шамсуддин или Шамси. В переводе с арабского «шамс» означает «солнце», поэтому имя Шамсон можно толковать как «солнечный» или «подобный солнцу». Суффикс -ов указывает на типичную русскую модель образования фамилий: Шамсонов — буквально «сын Шамсона» или «принадлежащий Шамсону».

Географически фамилия тяготеет к регионам с сильным татарским и башкирским влиянием, а также к Кавказу. Встречается она в Татарстане, Башкортостане, в Оренбургской и Астраханской областях. В XIX веке фамилия могла закрепиться за крещёными татарами или представителями других тюркских народов, которые переходили в православие и получали фамилии по имени отца. В метрических книгах можно найти записи о крестьянах и мещанах с фамилией Шамсонов, что говорит о непривилегированном происхождении большинства носителей.

Интересная деталь: написание фамилии могло колебаться. В дореволюционных документах встречаются варианты Шамсонов и Шамсанов, причём второй вариант ближе к исходному арабскому «шамс». Путаница возникала из-за безударной гласной в корне. Однако форма Шамсонов закрепилась как основная, возможно, под влиянием произношения в тюркских языках, где гласные редуцируются слабее, чем в русском.

Родственными фамилиями можно считать Шамсиев, Шамсутдинов, Шамшаев — все они восходят к тому же корню «шамс». Но если Шамсутдинов прямо указывает на полную форму имени (Шамсуддин — «солнце веры»), то Шамсонов — это сокращённый, «бытовой» вариант, который давали в обиходе. Поэтому предки носителя фамилии Шамсонов, скорее всего, были людьми простого звания, а их имя в официальных бумагах записывали «на слух», без арабской учёности.