Фамилия Шишляев образована от прозвища или неканонического имени Шишляй. В её основе лежит древнерусское слово «шиш» — в диалектах оно означало «вор», «бродяга», «плут» или «остроконечный предмет» (шишка, кол). Суффикс -ляй характерен для прозвищ, описывающих внешность, поведение или род занятий: ср. Шишляй, Кисляй, Худляй. Таким образом, Шишляй — человек, которого прозвали за остроту, худобу, либо за склонность к озорству и обману.

Словообразовательная модель проста: к основе Шишля- добавлен типичный русский патронимический суффикс -ев (вариант -ов после мягкого согласного). Фамилия означает «сын Шишляя», то есть потомок человека с таким прозвищем. Встречается вариант написания Шишляев (через я), который не меняет этимологии — это лишь фонетическая запись того же звука.

Географически фамилия тяготеет к южнорусским и поволжским регионам: Шишляевы нередки в Тамбовской, Воронежской, Саратовской областях. В некоторых говорах «шишляй» — ещё и название птицы (чибис) или мелкой рыбы, но для прозвища это менее вероятно: именование по птице давали бы через суффикс -ик (Шишлик), а не -ляй.

В ономастике существует и вторая, более редкая версия: от тюркского имени Шишля (уменьшительное от «шиш» — «опухоль», «нарыв») через русское окончание -ев. Но она слабая — фамилия не зафиксирована в татарских или башкирских родословных, и её ареал чисто русский. Правдоподобнее всего считать Шишляева одной из тех «бытовых» фамилий, которые закрепились за крестьянами и посадскими людьми по прозвищу, без связи с дворянским родом или церковным именем.