Фамилия Шерстабаева образована по самой распространённой в русском языке модели — с суффиксом -ев, который присоединяют к основе, оканчивающейся на мягкий согласный или -й. В данном случае основа — Шерстабай. Это мужское имя или прозвище, сложенное из двух тюркских корней: «шерст» (или «шерти») и «бай». Первая часть восходит к тюркскому «шерт» — «клятва, договор, условие». Вторая часть — «бай» — означает «господин, богатый человек, хозяин». Таким образом, Шерстабай — это «господин, верный клятве», «человек слова» или «тот, кто заключает договоры». Такие составные имена с компонентом «бай» были очень популярны у тюркских народов, особенно в Поволжье, Приуралье и Средней Азии.

Фамилия Шерстабаева — женская форма от мужской Шерстабаев. В русской традиции такие фамилии не склоняются по родам в самом корне, а меняют окончание: у мужчины — Шерстабаев, у женщины — Шерстабаева. Географически фамилия встречается в основном среди народов, говорящих на тюркских языках: башкир, татар, казахов. В дореволюционных метрических книгах и ревизских сказках Оренбургской, Уфимской и Казанской губерний можно найти носителей этой фамилии, что указывает на её давнюю укоренённость в этих регионах.

В отличие от большинства русских фамилий, образованных от крестильных имён или прозвищ, Шерстабаева прямо указывает на тюркское происхождение предков. Исходное имя Шерстабай не было церковным, а давалось по традиции восточных народов. Первоначально оно могло быть прозвищем: так называли человека, известного своей честностью и умением договариваться, возможно, купца или старейшину, который ручался за исполнение уговора. Со временем прозвище перешло в фамилию, закрепившись за потомками.

С точки зрения словообразования интересно, что в фамилии сохранился древний тюркский корень «шерт», который в современном казахском и башкирском языках означает «клятва» или «условие». Это редкий случай, когда фамилия прямо несёт в себе понятие морального обязательства. Если сравнивать с однокоренными, то встречаются фамилии Шерстобитов или Шерстнев, но они происходят от слова «шерсть» (материал) и не имеют с Шерстабаевой ничего общего — это пример омонимии, когда похоже звучащие корни на самом деле разные по смыслу.