Фамилия Космаено звучит необычно для русского уха — и это подсказка. Перед нами, скорее всего, украинская или белорусская фамилия, образованная не по стандартной великорусской модели на -ов/-ев, а с помощью суффикса -енко, который в исходном виде мог писаться как -ено. В украинской ономастике суффикс -енко — один из самых распространённых патронимических (указывающих на отца): Космаенко значит «сын Косма́я», то есть потомок человека по прозвищу или имени Космай.

Основа Космай, в свою очередь, восходит к прилагательному «косматый» — лохматый, волосатый, нечёсаный. Так в старину могли прозвать человека с густыми, торчащими в стороны волосами, с неопрятной шевелюрой или, реже, с густой бородой. Прозвища по внешним признакам были очень живучи в крестьянской среде: они метко схватывали самую заметную черту и закреплялись за родом. В некоторых говорах слово «космай» могло означать и медведя (по той же лохматости), но это более редкое, переносное значение.

Фамилия Космаенко (и её вариант Космаено) встречается в основном на территории современной Украины, особенно в центральных и левобережных областях, а также в южных регионах России, куда переселялись украинские крестьяне в XVIII–XIX веках. Форма Космаено — это либо результат фонетической записи (через «о» на конце в русских документах), либо описка при переписи, когда суффикс -енко записали на слух как -ено.

Менее вероятная, но возможная версия — связь с греческим именем Косма (Косьма), от которого образованы фамилии Космин, Косьмин. Но тогда форма была бы Косминко или Косменко, а не Космаенко. Поэтому прозвищное происхождение от «косматый» выглядит гораздо убедительнее. Предок носителя фамилии был, скорее всего, простым крестьянином или ремесленником, которого в округе знали как «Косма́я» — за пышную, нестриженую шевелюру.