Фамилия Шелкаева хранит в основе слово, которое в русских говорах имело не одно значение. Корень «шелк» очевиден, но прозвище Шелкай или Шелка могли дать человеку по разным причинам. Самая прямая версия — профессиональная: предок занимался торговлей шёлком или шёлковыми тканями, либо был ткачом, работавшим с этой дорогой материей. В старину шёлк был товаром привозным и редким, поэтому прозвище могло указывать на зажиточного купца или мастера.

Однако в диалектах встречается и другое значение. В некоторых областях «шелкан» или «шёлк» называли человека льстивого, умеющего говорить гладко и мягко, «шёлкового» в переносном смысле. Так могли прозвать хитрого угодника или, наоборот, спокойного, покладистого человека. Третий вариант — искажённое тюркское имя или прозвище, например, от «шелк» в значении «посол» или «ходок» (ср. с тюркским «елчи»). В русских фамилиях, особенно на юге и в Поволжье, такие заимствования нередки.

Фамилия образована по стандартной модели: к основе Шелкай или Шелка добавили суффикс -ев (после мягкого согласного). Форма Шелкаев, а не Шелканов, говорит о том, что в основе лежит не прозвище с суффиксом -ан, а краткое имя или прозвище на -ай. Такие имена (Шелкай, Шелко) встречаются в старых документах, например, в актах XVII века упоминаются крестьяне и посадские люди с подобными прозвищами.

Географически фамилия Шелкаева чаще встречается в центральных и северных областях России, а также в Зауралье, куда переселенцы уходили в XVII–XVIII веках. Встречаются варианты написания Шелкаев, а также Шелкова, Шелковников — но они образованы от других основ. Шелкаева — относительно редкая фамилия, не попавшая в массовые списки дворянства, что указывает на крестьянское или мещанское происхождение большинства носителей.