Фамилия Шелатаев — редкий случай, когда написание подсказывает произношение, а не наоборот. Она образована от прозвища или имени Шелатай, где конечное -ай — характерный тюркский антропонимический суффикс. В русских фамилиях, образованных от тюркских основ, этот суффикс нередко переходил в -аев (ср. Алтай — Алтаев, Калтай — Калтаев). Однако здесь мы видим именно «Шелатаев», а не «Шелатаев» — это указывает на то, что в основе лежало имя Шелата, а не Шелат.

Вероятнее всего, исходное имя — Шелатай — было распространено у татар, башкир или других тюркских народов Поволжья. Его основа может восходить к тюркскому «шәлә» (гнилой, трухлявый) или к диалектному «шела» (слабый, хилый). Такие имена-обереги давали детям, чтобы обмануть злых духов: считалось, что слабое имя оттолкнет от ребенка болезни. В этом случае Шелатаевы — потомки человека, которого в детстве назвали «хилым» для защиты.

Менее распространенная версия связывает фамилию с русским диалектным словом «шелатать» (трепать, теребить, бить). В таком случае прозвище Шелатай мог получить беспокойный, суетливый человек или тот, кто занимался трепанием льна, шерсти. Однако тюркское происхождение кажется более органичным, учитывая характерный для татарской ономастики суффикс -ай.

Фамилия редкая и географически привязана к регионам, где исторически смешивались русское и тюркское население: Поволжье, Урал, юг Сибири. В дореволюционных метрических книгах Шелатаевы встречаются в Казанской, Симбирской и Оренбургской губерниях. Сословно носители фамилии были в основном государственными крестьянами или мещанами — потомками служилых татар, перешедших на русскую службу и принявших православие.

Словообразовательная модель проста: суффикс -ев присоединен к основе Шелатай, причем конечный -й выпал (как в фамилиях Алтаев, Булгаев). Вариант Шелатаев (с ударением на последний слог) закрепился в написании, хотя в говорах мог произноситься и как Шелатаев. Если бы в основе было имя Шелат, фамилия писалась бы через «т» — Шелатов.