Фамилия Шембулатов — одна из тех, где корень очевидно нерусский, а суффикс — чисто русский, что сразу указывает на способ её появления. Основа «Шембулат» — это личное имя или прозвище, а -ов превратило его в фамилию, отвечающую на вопрос «чей?». Носитель такой фамилии — потомок человека по имени или прозвищу Шембулат.

Самое правдоподобное объяснение — тюркское происхождение. Имя Шембулат (встречаются варианты Шамбулат, Шанбулат) состоит из двух частей: «шем» (или «шам») и «булат». «Булат» — хорошо знакомое в русском языке слово, обозначающее высококачественную сталь, а в тюркских именах оно символизировало крепость, твёрдость, несокрушимость. Первая часть сложнее: «шем» может восходить к персидскому «шам» — свеча, факел, светоч. В таком случае Шембулат — это «стальной светоч» или «сверкающий, как булат», образное имя-пожелание силы и блеска. Встречается и версия, что «шем» — искажённое «шан» (слава), тогда значение смещается к «слава стали» или «прославленный булат». Какая бы из этих трактовок ни была верна, имя явно несло положительную, героическую окраску.

Фамилия эта редкая и географически привязана к регионам, где проходили активные контакты славянского и тюркского миров. Большинство Шембулатовых — выходцы из бывшей Астраханской губернии, с Нижней Волги, а также из кавказских и прикавказских областей. Это зона расселения ногайцев, татар, кумыков, где подобные составные имена были в ходу. Фамилия не дворянская и не крестьянская в привычном смысле — она, скорее всего, фиксирует факт перехода человека из тюркской среды в русскую, либо принадлежность к служилым татарам, которые в XVI–XVII веках поступали на русскую службу и получали земли.

С точки зрения словообразования, фамилия примечательна тем, что суффикс -ов здесь присоединён к полной форме имени, а не к прозвищу на -а или -я. Это типично для фамилий, образованных от неканонических (нецерковных) имён. В отличие от, скажем, фамилии Шемякин (от Шемяка), здесь нет уменьшительно-пренебрежительного суффикса — имя Шембулат воспринималось как полноценное, взрослое, уважительное. Поэтому предок-основатель фамилии, скорее всего, был не крепостным, а человеком с определённым статусом, возможно, воином или мелким землевладельцем.

Однокоренных фамилий немного: Шамбулатов, Шембулов, Булатов (от сокращённой формы). Но Шембулатов стоит особняком — из-за редкой первой части он звучит архаично и книжно, как имя из степного эпоса.