Фамилия Косарцев образована от прозвища Косарь. В русских говорах у этого слова несколько значений, и все они связаны с конкретным занятием или свойством человека. Самое прямое — «тот, кто косит траву или хлеба», то есть косец, работник на покосе. Но «косарем» могли называть и мастера, делавшего косы, — кузнеца-ремесленника, специализировавшегося на этом инструменте. В некоторых областях (например, на юге России) «косарь» — это ещё и большой тяжёлый нож для щепания лучины или рубки костей, так что прозвище мог получить мясник или человек, работавший с таким ножом.

Фамилия построена по продуктивной модели с суффиксом -ев, который присоединялся к основам, оканчивающимся на мягкий согласный или шипящий (в данном случае — на -рь). Форма Косарцев — это вариант отчества «Косарцев сын», то есть сын Косаря. Более редкий вариант той же фамилии — Косарев, где суффикс -ев стоит после твёрдого -р. Встречается и написание Косарцов — через -о-, что отражает диалектное произношение или влияние письменной традиции.

Географически фамилия Косарцев тяготеет к центральным и южным регионам России. В документах XVII–XVIII веков, особенно в переписных книгах Курской, Воронежской и Тамбовской губерний, нередко упоминаются крестьяне и однодворцы с прозвищем Косарь и их потомки. Это указывает на то, что предки носителей фамилии были, скорее всего, из числа сельских работников или ремесленников, а не дворянского сословия.

Словообразовательный разбор прост: корень кос- (от «коса»), суффикс -арь, образующий название лица по действию, и патронимический суффикс -ев. Фамилия входит в обширный ряд «профессиональных» русских фамилий на -арь: Бондарев, Пекарев, Слесарев, Плотников — но с уточнением, что здесь профессия названа не напрямую, а через прозвище.