Фамилия Шемшутдинова стоит в одном ряду с десятками других русских фамилий, образованных от полного арабского имени с компонентом «дин» — «вера, религия». Вторая часть фамилии — Шемшут- — восходит к тюркскому или персидскому имени Шамсуддин, что значит «солнце веры». Под ударением в фамилии Шемшутдинова обычно стоит третий слог, хотя в разговорной речи встречаются варианты.

Словообразовательная модель здесь прозрачна: к основе Шемшутдин- добавили типичный русский фамильный суффикс -ов, а затем — окончание -а, указывающее на женскую линию. Мужской вариант — Шемшутдинов. В отличие от фамилий на -ский или -ин, эта модель характерна для поздних, преимущественно крестьянских и мещанских фамилий, которые фиксировались в метриках и ревизских сказках в XVIII–XIX веках.

Само имя Шамсуддин — традиционное мусульманское, широко распространённое у татар, башкир, народов Кавказа и Средней Азии. В русском произношении оно подверглось адаптации: начальное «Шамс» перешло в «Шемш», что типично для говоров Поволжья, где гласные в безударных слогах редуцируются. Поэтому географически фамилия Шемшутдиновы чаще всего встречается в Татарстане, Башкортостане, Оренбургской и Ульяновской областях, а также среди татарской диаспоры в других регионах России.

Учитывая, что фамилия образована от полного имени, а не от прозвища или профессии, её носители — потомки людей, которых при крещении или в документах записали по отцу. Имя Шамсуддин мог носить дед или прадед, и по русской традиции его сын стал Шемшутдиновым. Никакого сословного барьера эта фамилия не несёт: её могли получить и крестьяне, и купцы, и духовные лица — всё зависело от социального статуса конкретного Шамсуддина.

В ономастических справочниках фамилию Шемшутдинов часто связывают с группой «дин-фамилий» (Нуртдинов, Валитдинов, Хайрутдинов), которые массово возникали в среде татарского и башкирского населения после введения обязательных метрических записей. Специфический переход «а» в «е» в первом слоге (Шемш- вместо Шамш-) — локальная особенность, которая выделяет эту фамилию среди однокоренных и говорит о конкретном говоре предков.