Фамилия Косатинова — женская форма, а её мужской вариант Косатинов. В основе фамилии лежит прозвище Косатин, а оно напрямую связано с диалектным словом «касатка». В тамбовских говорах так называли ласточку. Чередование гласных «о/а» (Косатин вместо Касатин) — следствие влияния «окающих» говоров, где в безударном положении отчётливо произносится «о». То есть прозвище звучало так, как писалось на местный манер.

Но прозвище Косатин могло относиться не только к птице. Ласковым прозвищем «касатка» (или «касатик») в народе нередко наделяли миловидного, приятного лицом мужчину, порой даже с женственными чертами. В этом случае фамилия отражает не внешнее сходство с ласточкой, а скорее комплиментарную характеристику внешности или характера предка.

Модель образования проста: к основе Косатин добавили типичный русский фамильный суффикс -ов, указывающий на принадлежность («чей?» — «сын Косатина»). Фамилия недворянская, скорее всего, крестьянская или мещанская, что типично для прозвищ, перешедших в фамилии в XIX веке. Среди однокоренных — Касаткин, где корень сохранил исходное «а», а также более редкие варианты с тем же диалектным корнем.