Фамилия Космачевская — женская форма фамилии Космачевский, а та, в свою очередь, образована по типичной для восточнославянских фамилий модели от прозвища или имени Космач. Эта модель с суффиксом -евск-/-овск- характерна в основном для польской шляхты и украинской старшины, но в XIX веке распространилась и среди духовенства, а также крестьян, получавших фамилии при освобождении. В отличие от простых фамилий на -ов/-ев, суффикс -ский часто указывал на происхождение от географического названия или на принадлежность к привилегированному сословию.

Основа «Космач» неоднозначна. Самое прямое объяснение — от слова «косматый», то есть лохматый, нечёсаный. Прозвище Космач могли дать человеку с густыми, торчащими в разные стороны волосами, возможно, даже с длинной бородой. В этом случае фамилия — типичный пример прозвища по внешнему признаку, которое закрепилось за родом. Менее вероятная, но тоже возможная версия — отчество от канонического имени Косма (разговорная форма от Косьма, то есть Кузьма). В этом случае Космач — это «сын Космы», но такая словообразовательная цепочка встречается реже.

Географически фамилия Космачевская тяготеет к западу и юго-западу России, а также к Украине и Беларуси. Встречается она и в Польше (Kosmaczewska). Если фамилия действительно происходит от названия населённого пункта (например, деревни Космачи или Космачев), то её носители — потомки дворян или однодворцев, владевших землёй в этом месте. Если же это «семинарская» фамилия, её могли дать выпускнику духовного училища по прозвищу или фамилии отца.

В написании фамилии возможна путаница с похожими — Космачёвская (от «космач» с ударением на последний слог) или Космовская. Однако форма Космачевская с ударением, скорее всего, на второе «а» (Косма́чевская) — более архаичная и редкая. Сейчас носительницы этой фамилии живут в основном в центральной России и на Украине, но точных статистических данных о её распространённости нет.