Фамилия Шарлаев образована по очень продуктивной модели: от прозвища или нецерковного имени с помощью патронимического суффикса -ев. Суффикс указывает на принадлежность: Шарлаев буквально значит «сын Шарлая». Основа здесь — Шарлай.

Корень слова «шарлай» напрямую связывают с тюркскими языками, где широко распространён корень «шар» со значением «пёстрый», «рябой». В татарском, башкирском, казахском языках «шар» или «шара» может относиться к пестроте окраса, особенно у животных. Прозвище Шарлай могли дать человеку со следами оспы на лице, с веснушками или просто тому, кто носил пёструю, яркую одежду. Вторая, менее распространённая версия, выводит основу из тюркского «шарла» — «кричать», «шуметь», что делало бы Шарлая прозвищем крикливого или громкоголосого человека. Однако связь с цветом (пёстрый) встречается в тюркской антропонимии гораздо чаще, поэтому первая версия убедительнее.

Интересно, что фамилия Шарлаев — не единственная в этом гнезде. Есть однокоренные Шарлапов, Шарламов, Шарлаков, и все они восходят к схожей основе. Но суффикс -ев (вместо -ов) в фамилии Шарлаев — не случайность. В русском языке после мягких согласных и шипящих (как «й») пишется именно -ев. То есть форма Шарлай → Шарлаев грамматически безупречна и говорит о том, что прозвище произносилось с конечным «й», а не с твёрдым «л».

География фамилии довольно показательна. Шарлаевы встречаются преимущественно в Поволжье — в Самарской, Саратовской, Ульяновской областях, а также в Татарстане и Башкортостане. Это зона длительного и плотного контакта русских и тюркских народов, где такие фамилии-«переселенцы» из тюркских прозвищ — обычное дело. Предки Шарлаевых, скорее всего, были крестьянами или служилыми людьми (например, казаками), жившими в многонациональной среде. Фамилия не относится к дворянским и не фиксируется в родословных книгах — это массовая, народная фамилия, возникшая в XVII–XIX веках, когда крепостным и государственным крестьянам начали массово давать фамилии по прозвищам их предков.