Фамилия Шамсотдинов — одна из тех, что сразу выдают мусульманское происхождение и указывают на арабский или персидский источник. Её основа — сложное имя Шамсотдин, которое состоит из двух частей: «шамс» (в переводе с арабского «солнце») и «дін» (вера, религия). Вместе имя означает «солнце веры» или «светоч религии». Это классическое теофорное имя, то есть имя, прославляющее религиозные ценности, и оно встречается у многих тюркских и кавказских народов, исповедующих ислам.

Образована фамилия по самой распространённой в русском языке модели: к основе Шамсотдин добавили суффикс -ов. Этот суффикс, как правило, указывал на принадлежность: Шамсотдинов — буквально «сын Шамсотдина» или «из рода Шамсотдина». В среде татар, башкир, узбеков и других народов, где фамилии часто русифицировали, такая модель стала доминирующей. Если бы фамилия сохранилась в исконной форме, она могла бы звучать как Шамсотдин угли (в узбекской традиции) или Шамсотдин кызы (для женщин), но в российских документах закрепился именно вариант с русским окончанием.

Географически фамилия Шамсотдинов наиболее характерна для Татарстана, Башкортостана, а также для узбекской и таджикской диаспор. Встречается она и на Кавказе, но реже, так как у народов Дагестана или Чечни преобладают фамилии с местными суффиксами (например, -ов без адаптации или -ев). Интересно, что в дореволюционных записях можно найти варианты написания через «а» — Шамсатдинов, что отражает диалектное произношение или просто небрежность писаря при записи.

Сословно носители этой фамилии в основном относились к крестьянам или городским ремесленникам, так как среди татар и башкир фамилии на -ов массово закрепились лишь в XIX веке после введения всеобщей воинской повинности. Однако имя Шамсотдин мог носить и мулла, и уважаемый старейшина, так как «солнце веры» — это не просто имя, а титулованное обращение, подчёркивающее авторитет человека в общине. Прямых указаний на дворянство или аристократию нет: фамилия бытовая, народная, без княжеских приставок.