Фамилия Косьмирова образована от мужского имени Косьмир, которое в русской традиции является народной формой крестильного имени Косма (в просторечии — Кузьма) с необычным суффиксом -ир. Второй компонент — не греческий «мир» (космос), а славянский суффикс, встречающийся в уменьшительных или видоизменённых формах имён (сравните: Владимир — не от «владеть миром», а от древнего Влодимер с другим корнем). Однако в случае с Косьмиром вероятнее всего влияние церковнославянского произношения: имя Косма в родительном падеже звучало как Космы, откуда возникла форма Косьма, а затем — с добавлением -ир — Косьмир. Это редкий вариант, не столь распространённый, как Кузьма или Козьма.

Притяжательный суффикс -ов указывает на принадлежность: Косьмиров — сын или потомок Косьмира. Женская форма Косьмирова закрепилась в документах за женой или дочерью, но в современном употреблении фамилия не склоняется по родам: для мужчины и женщины пишется одинаково. Такая модель типична для русских фамилий, образованных от канонических имён, но сам корень с -ир встречается редко, что делает фамилию заметной на фоне более привычных Кузьминых и Козьминых.

Географически фамилия Косьмирова тяготеет к центральным и южным регионам России, где были сильны традиции церковного именования. Встречается она нечасто, и носители могли происходить из крестьянской или мещанской среды — фамилии на -ов в этих сословиях стали массово закрепляться после отмены крепостного права. Возможна и более ранняя фиксация у духовенства, где любили книжные, видоизменённые формы имён.

Спорных версий происхождения немного: иногда Косьмира ошибочно связывают со словом «космы» (волосы), но это натяжка — прозвищная основа от «косм» (лохматый) дала бы фамилию Космов или Космынин, а не Косьмиров. Более правдоподобно, что имя Косьмир — это народная переработка греческого Косма с добавлением славянского окончания, аналогично тому, как Дмитрий превращался в Митрича, а Иоанн — в Ивана.

Таким образом, фамилия Косьмирова несёт в себе следы церковной книжности и народной переработки: предок носителя, скорее всего, носил имя Косьмир, которое в повседневном быту звучало как вариант Кузьмы, но в документах закрепилось в более торжественной, почти литературной форме.