Фамилия Коростелев (и её вариант с буквой «ё») образована от нецерковного имени Коростель. В древнерусской традиции такие имена давали по названиям птиц, зверей или растений — считалось, что через имя к ребёнку переходят качества живого существа, и сама природа принимает его как своего. Коростель — птица размером с перепёлку, светло-рыжая, живёт на влажных лугах, среди кустарников и на лесных вырубках. Человек с таким именем мог символически получить от неё скрытность, осторожность или привязанность к родным местам.

Менее вероятно, что фамилия пошла от прозвища. Коростель издаёт резкий скрипучий крик, и такое прозвище мог получить человек с похожим голосом. Но в документах XVI века — например, у историка С. Б. Веселовского — упоминаются именно «Коростелевы» как носители родового имени, а не описательного прозвища: Третьяк Коростелев Леонтьевич (1568 год, Ярославль), Панкрат и Лева Коростелевы Епихины (1579 год, Ряжск). Эти записи говорят о том, что фамилия уже тогда передавалась по наследству и корень её — мирское имя, а не случайная характеристика.

Суффикс -ев указывает на типичную русскую модель отчества-фамилии: «чей?» — Коростелев, то есть сын Коростеля. С точки зрения словообразования фамилия простая и прозрачная: основа — птичье название, окончание — притяжательный суффикс. Буква «ё» в некоторых вариантах написания (Коростелёв) — результат орфографической нормы XIX–XX веков, когда под ударением стали обозначать «ё», хотя по сути это одна и та же фамилия.

В отличие от фамилий на -ский, которые часто указывали на географию или принадлежность к дворянскому роду, Коростелев — фамилия крестьянская и посадская. Её носители встречаются в старых ярославских, рязанских, а позже и сибирских переписях. Никакой связи с духовенством или дворянством нет: это «птичья» фамилия, каких в русском языке десятки (Соколов, Куликов, Воробьёв, Дроздов), но с той разницей, что коростель — птица не хищная и не певчая, а скорее полевая, скрытная. Изначальное имя Коростель — одно из тех, что вышли из обихода ещё в XVII–XVIII веках, когда церковь начала бороться с «некрещёными» именами, но фамилия осталась.