Фамилия Шелдяев — редкий случай, когда прозвище, лёгшее в основу, почти наверняка связано с тюркским языком. В её корне «шелдяй» (или «шелдай») — слово, которое выводят из тюркского «шелди» (шумный, крикливый) либо из «шелдай» (болтун, пустомеля). Такое прозвище могли дать человеку бойкому, говорливому, возможно, задиристому. Учитывая, что в русских говорах слово не закрепилось, а фамилия встречается нечасто, её тюркское происхождение — основная и самая правдоподобная версия.

Суффикс -ев указывает на патронимическую модель: Шелдяев — буквально «сын Шелдяя». Окончание -ев, а не -ов, ставится после мягких и шипящих согласных, что в данном случае просто фонетический результат (основа на -яй даёт -ев). Это стандартная модель для русских фамилий, образованных от прозвищ или имён в XVI–XVII веках.

Географически фамилия тяготеет к бывшим территориям Казанского и Астраханского ханств, а также к южнорусским областям, где было активно тюркское влияние. В переписных книгах XVII века встречаются упоминания служилых людей с такой фамилией — например, в рязанских и нижегородских землях. Это даёт основание предполагать, что предки Шелдяевых могли быть не крестьянами, а мелкими помещиками или казаками, нёсшими сторожевую службу на южных рубежах.

Сравнение с однокоренными фамилиями — Шелдаев, Шелданов — показывает, что в основе лежит один и тот же корень, но суффиксы разные. Шелдяев — самая редкая из них, с характерным «я» в середине, которое иногда путают с уменьшительной формой имени (как Степан → Степаня), но здесь это, скорее, адаптация тюркского звучания.

Встречаются варианты написания через «о» — Шолдяев, но они единичны и, вероятно, результат диалектного «аканья» на письме. Современные носители фамилии сосредоточены в Поволжье и на Урале, что подтверждает её восточные корни.