Фамилия Шермолаева — женская форма от Шермолаев, и её разбор стоит начать с основы, которая на первый взгляд кажется тюркской или кавказской, но на деле имеет более сложное происхождение. Корень «шер» в тюркских языках часто означает «лев» (от персидского «шир»), а «мол» может восходить к арабскому «маль» — имущество, богатство, или к тюркскому «мол» — скот, изобилие. Однако прямое сложение «лев-богатство» маловероятно для прозвища: такие составные имена скорее характерны для персидской или азербайджанской традиции, где «Ширмамед» (лев Мухаммеда) — реальное имя. В русской среде фамилия могла возникнуть при адаптации фамилии типа Ширмамедов или Шермамедов: звук «м» перешёл в «мол» под влиянием привычных русских окончаний, а «аев» вместо «ов» — типичный признак фамилий из регионов с сильным тюркским субстратом (Астраханская губерния, Северный Кавказ, Закавказье).

Словообразовательная модель проста: суффикс -ев присоединён к основе Шермолай, которая является русифицированной формой личного имени. Мужская фамилия Шермолаев — это ответ на вопрос «чей?»: сын или потомок Шермолая. Само имя Шермолай в русских святцах не встречается, но в метрических книгах XIX века на юге России и в Поволжье фиксировались варианты Шермалай, Ширмалай — как правило, у крещёных татар, ногайцев или горских евреев. Таким образом, предок носителя фамилии, скорее всего, был крещёным инородцем, получившим при крещении православное имя, но сохранившим в обиходе тюркское прозвище, которое затем закрепилось как фамилия.

География фамилии узкая: по данным переписей и телефонных справочников, Шермолаевы встречаются в основном в Ставропольском крае, Ростовской области и в Краснодарском крае. Это совпадает с зонами расселения терских и кубанских казаков, среди которых было много выходцев с Кавказа. Известных публичных носителей фамилии нет, поэтому судить о сословной принадлежности предков сложно, но суффикс -ев без дворянской приставки указывает на крестьянское или мещанское происхождение. Единственная деталь, отличающая эту фамилию от десятка похожих: она не перешла в массовое написание через «о» (Шермолаев, а не Шармолаев), что говорит о довольно поздней фиксации в письменных источниках — скорее всего, после реформы 1918 года, когда окончательно закрепилось «е» под ударением.