Фамилия Шилкаева — женская форма, мужская, соответственно, Шилкаев. В её основе лежит тюркское мужское имя Шилкай, которое, в свою очередь, могло быть вариантом имени Шилкен или Шилька. Корень «шил» в тюркских языках имеет несколько значений: «острый», «резкий», «бойкий», а также «шило». Имя Шилкай, скорее всего, давали мальчику с характером — острому на язык, живому, пронырливому.

Словообразовательная модель здесь прозрачна: фамилия образована с помощью русского патронимического суффикса -ев/-ев, который присоединялся к основам, оканчивающимся на мягкий согласный или на «й». Имя Шилкай дало основу Шилка-, и к ней добавили -ев, получив Шилкаев. В русской традиции так оформляли фамилии от тюркских имён, часто в среде служилых татар, башкир или мордвы. Суффикс -ев указывает на то, что предка звали Шилкай, и фамилия отвечает на вопрос «чей?» — сын Шилкая.

Географически фамилия Шилкаева встречается в Поволжье и на Урале, особенно в Татарстане, Башкортостане и Оренбургской области. Это характерный ареал для фамилий тюркского происхождения, которые закрепились у русских и крещёных татар. В некоторых случаях возможно искажение при переписи: фамилия могла писаться как Шилькаев или Шелкаев, но корень остаётся тем же.

Есть и менее вероятная версия, связывающая фамилию с русским словом «шило» — прозвищем Шило для неспокойного человека. Но в таком случае фамилия звучала бы как Шилов или Шилин, а суффикс -кай указывает на тюркский именной формант. Так что тюркское происхождение — основное. Предки носителей фамилии Шилкаевых, скорее всего, были служилыми людьми, крестьянами или мещанами из регионов с сильным тюркским влиянием, а сама фамилия — живое напоминание о личном имени, данном по характеру или внешности.