Фамилия Косматулина — женская форма фамилии Косматулин, а та образована от прозвища или мирского имени Косматула. Сама основа — «косматый», то есть лохматый, нечёсаный, с густыми, торчащими волосами. Человек с таким прозвищем мог выделяться внешностью: либо носил длинные волосы, не любил стричься, либо имел густую, всклокоченную бороду. В русских говорах слово «косматый» имело и переносное значение — «упрямый, своенравный», так что прозвище могло относиться и к характеру.

Суффикс «-уля» в русских прозвищах характерен для южных и западных регионов (сравните: Косматый → Косматуля, как Хромой → Хромуля, Вертячий → Вертуля). Такая модель часто придавала прозвищу оттенок фамильярности или ласкательности, но не всегда — иногда просто фиксировала признак. Затем к основе добавился патронимический суффикс «-ин», указывающий на принадлежность: «сын Косматулы». Таким образом, Косматулин — это буквально «чей?» — из дома Косматулы.

Фамилия редкая, географически привязана к южнорусским областям — Курской, Воронежской, Ростовской, а также к украинским землям. Встречается в документах XVII–XVIII веков, когда прозвища с суффиксом «-уля» активно фиксировались в реестрах казаков и крестьян. Никакого отношения к греческому «космос» или слову «косма» (в значении «украшение») фамилия не имеет — это чисто бытовая, описательная русская фамилия.

В современной России Косматулины живут в основном в Краснодарском крае и Ростовской области, что подтверждает её южное происхождение. Фамилия недворянская, крестьянская или казачья — предки Косматулиных скорее всего были вольными землепашцами или служилыми людьми на южных рубежах.