Фамилия Косьмиченко — один из характерных примеров украинской модели фамилий на -енко, которая буквально означает «маленький» или «сын такого-то». В основе лежит имя Косьма, народная форма канонического имени Косма (в русской традиции — Кузьма). Таким образом, Косьмиченко — это «сын Косьмы», а ещё точнее — потомок человека, которого в быту называли уменьшительно Косьма.

Суффикс -енко в украинской ономастике XVII–XVIII веков был главным показателем патронимической фамилии. Он закрепился в первую очередь у казацкой старшины и мещанства Левобережной Украины, а также на Слобожанщине. Фамилия Косьмиченко географически тяготеет к Черниговской, Полтавской и Сумской областям — это регионы, где форма Косьма вместо Кузьма была особенно распространена.

Интересно, что при одинаковой основе у русских закрепилась фамилия Кузьмичёв (от Кузьма), а у украинцев — Кузьменко или Кузьмич. Вариант Косьмиченко стоит особняком: он сохранил церковнославянское звучание имени Косма, которое в народе упростили до Косьма. Это говорит о том, что предок носителя фамилии мог быть выходцем из среды, близкой к церкви, или жил в местности, где приходское имя произносили «по-книжному».

В документах XVIII–XIX веков встречаются и другие формы: Косьмиченко, Косьмиченков, Косьминиченко. Но именно вариант с -енко стал устойчивым и фамильным, а не отчеством. Сегодня фамилия редкая, её носители в основном живут в Украине и в южных областях России, куда переселялись украинские крестьяне в XIX веке.