Фамилия Шихалеева — женская форма фамилии Шихалеев, и её происхождение уходит корнями в тюркские языки, вероятнее всего, в татарскую или башкирскую среду. Основа фамилии — мужское имя Шихалей, которое в свою очередь является вариантом имени Шигалей или Шах-Али. Это сложносоставное имя тюрко-персидского происхождения: «шах» (царь, правитель) и «али» (высокий, возвышенный). В целом имя означает «царственный», «высокий правитель» или «царь-возвышенный». В русских летописях XVI века известен касимовский хан Шах-Али (Шигалей), который участвовал в политической жизни Московского государства, что делает эту форму имени исторически засвидетельствованной.

Модель образования фамилии типична для русского адаптирования тюркских имен: к основе Шихалей добавили патронимический суффикс -ев (вместо тюркского -ов, который в русском языке передаёт принадлежность отцу). Получается: Шихалей + ев = Шихалеев, буквально «сын Шихалея». Фамилия Шихалеева, таким образом, означает «дочь (или жена) Шихалеева». Интересно, что в некоторых регионах Поволжья и Приуралья встречается параллельная форма Шигалеев — с сохранением звука «г», что указывает на диалектные различия в произношении исходного имени.

Географически фамилия Шихалеев/Шихалеева наиболее распространена в Татарстане, Башкортостане, а также в Оренбургской и Челябинской областях. Это подтверждает её тюркские корни: носители фамилии — потомки татарских или башкирских родов, которые в разное время переходили на русскую фамильную систему. Встречаются также варианты написания с одной «л» (Шихалев), но это скорее ошибка или упрощение, так как основа имени — Шихалей — требует двойной «л» в суффиксе.

С точки зрения сословной принадлежности, фамилия не указывает на конкретное дворянское или крестьянское происхождение. Скорее всего, предки Шихалеевых были служилыми татарами, ясачными крестьянами или мещанами — то есть людьми, которые в XVI–XVIII веках влились в русское население, сохранив при этом родовое имя. Ударение в фамилии обычно падает на второй слог: Шихалéева, хотя в разговорной речи встречается вариант на третий слог.