Фамилия Космалев — сравнительно редкая, и её происхождение не лежит на поверхности. В ней нет очевидного указания на профессию или внешность, как у Кузнецовых или Беляковых. Ключ к разгадке — в основе «Космал», которая, скорее всего, является вариантом старинного имени или прозвища Косма. В русском языке слово «косма» — это прядь волос, лохмы. Отсюда «косматый» — лохматый, нечёсаный. Прозвище Космал могли дать человеку с густыми, непослушными волосами или, в переносном смысле, неухоженному, диковатому на вид.

Однако есть и вторая, более точная версия, связанная с церковным именем. Имя Косма — это народная, разговорная форма канонического имени Косьма (Кузьма). В древнерусском языке звук «с» перед мягким «м» переходил в «с» твёрдый, и Косьма произносилось как «Косма». Суффикс «-л-» в данном случае — не уменьшительный, а скорее прозвищный, характерный для северных и сибирских говоров: Космал — тот же Косьма, но в обиходной, «огрубленной» форме. Таким образом, Космал — это не столько «лохматый», сколько «Кузьма» на местный лад.

Модель образования фамилии проста: от прозвища или имени Космал через притяжательный суффикс «-ев» (вопрос «чей?» — сын Космала). Суффикс «-ев», а не «-ов», указывает на то, что основа оканчивалась на мягкий согласный (л). Это типичная патронимическая фамилия, то есть «сын Космала».

Интересно, что в русских говорах слово «космаль» имело и конкретное значение — так называли человека с длинными, нечёсаными волосами, часто с оттенком пренебрежения. Поэтому нельзя исключать, что фамилия возникла независимо от имени, а прямо от этого бытового прозвища. В ономастических справочниках фамилия Космалев не упоминается как широко распространённая, что говорит о её локальном, возможно, севернорусском или сибирском происхождении, где любили прозвища с суффиксом «-ал». Так что предки Космалевых могли быть либо потомками человека по имени Кузьма (в местном произношении Космал), либо же людьми, которых прозвали за буйную шевелюру.