Фамилия Космогорлов звучит настолько необычно, что в первую очередь хочется разобрать её на части: «космо-» и «горл-». Соблазнительно увидеть здесь отсылку к космосу, но это ловушка. В русских фамилиях приставка «космо-» практически не встречается в значении «вселенная». Куда вероятнее, что перед нами искажённое, переосмысленное народной этимологией прозвище или географическое название.

Самая правдоподобная версия — связь с диалектным словом «космы» (спутанные, торчащие волосы, лохмы). В этом случае основа фамилии — «космогорлый», то есть человек с косматым (лохматым) горлом. Звучит странно, но в русских говорах «горло» могло обозначать не только часть тела, но и, например, горловину одежды, ворот, а в переносном смысле — крикливого, горластого человека. «Космогорлый» — прозвище того, кто носил лохматую, неряшливую одежду с широким воротом, или же того, кто кричал до хрипоты, «драл горло» так, что космы тряслись.

Вторая версия, менее вероятная, но имеющая право на существование, — топонимическая. В России есть несколько мелких речек и урочищ с названиями вроде Косма, Космовка. Если где-то существовал населённый пункт Космогоры (по аналогии с Красногоры, Белогоры) или Космогорье, то житель оттуда получал прозвище Космогорлов, то есть «из Космогор». Однако документальных подтверждений существования такого топонима нет, это реконструкция.

Суффикс «-ов» указывает на типичную модель русских фамилий, образованных от прозвищ или отчеств. Окончание «-лов» (а не просто «-ов») говорит о том, что исходная форма, скорее всего, была «Космогорло» или «Космогорлый». Фамилия редкая, не встречается в массовых списках дворянских родов, что указывает на её происхождение в крестьянской или мещанской среде, вероятно, в северных или центральных губерниях России, где диалектные слова с корнем «косм-» были распространены. Поиск по современным базам данных показывает единичных носителей, в основном на Урале и в Сибири — это типичный след переселенцев из Европейской России.