Фамилия Шельтяев образована от прозвища или нецерковного имени Шельтяй. Её основа — слово «шельга» или «шельма», которое в старых русских говорах имело два противоположных значения. В одних диалектах «шельмой» называли плута, пройдоху, ловкого человека, в других — того, кто вызывает жалость, беднягу, несчастного. Такая смысловая двойственность характерна для многих древнерусских прозвищ, где оценка зависела от контекста и отношения окружающих.

Модель образования проста: к основе Шельтяй добавлен патронимический суффикс -ев, указывающий на принадлежность («чей?» — Шельтяев, то есть сын Шельтяя). Суффикс -яй в русских прозвищах встречается относительно редко, он придаёт слову разговорный, даже фамильярный оттенок (сравните: Гуляй, Лентяй, Добряй). Это говорит о том, что прозвище Шельтяй бытовало в простонародной среде, скорее всего, среди крестьян или посадских людей.

Географические корни фамилии, по данным современных исследований, тяготеют к северным и центральным областям России — вятским, костромским, вологодским говорам. Именно там слово «шельга» в значении «плут» или «бедолага» фиксируется диалектными словарями. Встречаются однокоренные фамилии Шельмаков, Шельгунов, Шельмин, но Шельтяев стоит несколько особняком из-за своего суффикса, что делает её более локальной.

Версия о происхождении от тюркского или финно-угорского корня маловероятна: звуковой облик фамилии не типичен для заимствований, а суффикс -ев однозначно указывает на русскую словообразовательную модель. Так что перед нами чисто славянское прозвище, которое закрепилось в документах как фамилия не позже XVII века. Носитель фамилии Шельтяев мог быть потомком того, кого в деревне считали либо хитрецом, либо горемыкой — точное значение утрачено вместе с диалектом, но сама фамилия сохранила память об этом словесном нюансе.