Фамилия Шихтеимова — редкий случай, когда женская форма закрепилась в качестве основной. В русской традиции фамилии на -ов/-ев и -ин обычно существуют в паре: мужская и женская. Но в документах, особенно в метрических книгах XIX — начала XX века, фиксация могла идти по женской линии, если речь шла о вдове или незамужней женщине, за которой числилось хозяйство. Поэтому исходная мужская фамилия — Шихтеимов.

Разбор начинается с необычной основы. В ней слышен иноязычный корень, скорее всего тюркский. Первая часть «ших» восходит к арабскому «шейх» (старейшина, духовный наставник), которое через тюркские языки вошло в обиход многих народов Поволжья, Кавказа и Средней Азии. В русских документах XVI–XVII веков слово «ших» фиксировали как титул или прозвание мусульманского духовного лица. Вторая часть «-теим» — более тёмная. Вероятнее всего, это искажённое тюркское личное имя или прозвище. Можно предположить, что исходная форма была «Ших-Теймур» или «Ших-Тимур» (то есть «шейх Тимур»), где при адаптации на русской почве произошло стяжение: «Теймур» превратилось в «теим». Тюркское «Тимур» означает «железо», а в сочетании с «ших» имя приобретало значение «железный наставник» или «стальной шейх» — прозвище сильного, несгибаемого человека.

Суффикс «-ов» указывает на принадлежность: Шихтеимов — буквально «сын Шихтеима». Модель образования типична для русских фамилий, но основа здесь явно нерусская, что говорит о межэтническом контакте. Носители такой фамилии могли быть выходцами из татарской, башкирской или казанской среды, которые приняли православие и получили фамилию по имени или прозвищу отца. Встречаются также варианты написания с буквой «а» на конце (Шихтеимова) в женском роде, что закрепилось в некоторых семьях как единственная форма.

Географически фамилия крайне редкая. Основной ареал — юг России, особенно Ставропольский край и Ростовская область, где исторически были сильны тюркские и кавказские влияния. Встречается также в Татарстане и Башкортостане, но гораздо реже.

В словарях фамилия не зафиксирована, что типично для малочисленных родов. Спорных версий немного: иногда «ших» путают с немецким «Schicht» (слой, пласт), но это натяжка — немецкие фамилии с таким корнем в России единичны и относятся к ремесленникам-иммигрантам, а не к южным регионам. Поэтому тюркская версия с именем-прозвищем — единственная убедительная.