Фамилия Космодамианская — редкий случай, когда в основе лежит не прозвище, не профессия, а целое церковное именование. Она образована от названия храма или праздника в честь святых Космы и Дамиана (в народном произношении — Космодемьян). В русской православной традиции этих братьев-бессребреников, врачевателей, почитали как покровителей ремёсел и семьи. Фамилия эта — типичная «семинарская» или «иерейская», то есть искусственная, книжная. Её давали в духовных училищах и семинариях будущим священникам, часто — вместо прежней, более простой фамилии, по названию прихода, где служил отец, или по храму, к которому был приписан ученик.

Суффикс -ск- указывает на принадлежность или происхождение, а окончание -ая — на женский род, но в данном случае это не фамилия женщины, а историческая форма прилагательного. Первоначально такие фамилии бытовали у духовенства в форме «Космодамианский» (для мужчин) и «Космодамианская» (для женщин), но в XX веке, при паспортизации, закрепилась единая форма, часто — по женскому варианту, если запись шла со слов матери или вдовы. Встречается также написание через «е» — Космодемьянская, что ближе к народному произношению.

Географически фамилия привязана к сёлам и слободам, где стояли церкви Космы и Дамиана. Таких храмов в России было много — от Подмосковья до Сибири. Носители фамилии — почти поголовно потомки сельских священников, дьяконов или псаломщиков. Светская знать или купечество такую фамилию не носила: слишком прозрачна её семинарская природа. Интересно, что в отличие от фамилий на -ов/-ин, которые часто теряли связь с исходным словом, Космодамианская всегда оставалась «говорящей»: любой грамотный человек XIX века понимал, что её обладатель — из духовного сословия.

В современном мире фамилия редкая, но не исчезнувшая. Её носители встречаются в центральных областях России, на Урале и в Сибири — там, куда в XVIII–XIX веках ссылали или переводили священников. Разобрать её этимологию просто: основа — двойное имя Косма+Дамиан, суффикс -ск- со значением принадлежности, окончание прилагательного. Никакой тайны или альтернативных версий здесь нет — перед нами чистый образец фамилии, рождённой не в крестьянской избе, а в стенах духовной семинарии.