Фамилия Космагамбетов образована от личного имени Космагамбет, типичного для тюрко-мусульманской традиции. Как и многие восточные имена, оно составное: первая часть Кос — восходит к тюркскому слову «косе», то есть «безбородый». В прошлом это прозвище указывало на молодость или неопытность человека, а в некоторых диалектах могло означать «редкобородый». Вторая часть — Магамбет — это казахская и тюркская огласовка имени Мухаммед, которое с арабского переводится как «прославляемый», «достохвальный». Так звали основателя ислама, пророка Мухаммеда, который, по преданию, в 40 лет получил откровение, выступил против язычества и после долгой борьбы вернулся в Мекку победителем, очистив Каабу от идолов.

Таким образом, имя Космагамбет можно истолковать как «молодой (или безбородый) Мухаммед» — вариант, подчёркивающий либо возраст носителя, либо особое отношение к имени пророка. Фамилия, образованная по русской модели с суффиксом -ов, буквально означает «потомок Космагамбета». Она закрепилась в среде казахского населения, особенно в западных регионах Казахстана.

В Книге памяти Актюбинской области записан Космагамбетов Жумагали, родившийся в колхозе «Жантыл» Иргизского района. В Книге памяти Атырауской области упоминается Космагамбетов Ибрай (1988 года рождения) из Жилокосинского района. В Книге памяти Мангистауской области значится Космагамбетов Сарсенгалий (1903 года рождения), проживавший в Мангистауском районе Гурьевской области. Эти записи подтверждают географию фамилии: она характерна для Западного Казахстана, прежде всего для Актюбинской, Атырауской и Мангистауской областей.

С точки зрения словообразования, фамилия Космагамбетов стоит в ряду таких же патронимических фамилий на -ов, образованных от двусоставных мусульманских имён: например, Космухамбетов, Косжанов, Косбаев. В русской письменной традиции часто встречаются колебания в написании — через «о» или «а» в первом слоге, что связано с особенностями произношения в казахском языке. Встречается и вариант Космагамбет, без суффикса — как фамилия, зафиксированная в неизменной форме, что тоже возможно в казахской среде.