Фамилия Космольский — редкий случай, когда основа, на первый взгляд, прозрачна, но на деле ставит перед исследователем несколько загадок. Самое очевидное, что приходит в голову — связь с космосом. Однако в русской ономастике фамилии от слова «космос» почти не встречались до XX века, когда это понятие стало массовым. Космольский явно старше эпохи Гагарина, искать здесь «космическое» происхождение — ошибка.

Главная версия — топонимическая. Фамилия образована по продуктивной модели на -ский от названия населённого пункта. Таких пунктов могло быть несколько, но наиболее вероятна связь с польским или западнорусским (белорусским, украинским) топонимом Космоль, Космолово или Космолин. Суффикс -ский характерен для шляхетских и дворянских фамилий Речи Посполитой, а затем и для русских фамилий духовенства и выходцев из западных губерний. Если предки Космольских были мещанами или крестьянами, фамилия могла закрепиться за ними по месту жительства или выхода.

Вторая версия, менее очевидная, но лингвистически состоятельная — от прозвища Космол. В основе может лежать диалектный глагол «космолить» (путать, мешать, делать кое-как) или существительное «космол» (неуклюжий, неловкий человек). Такие прозвища давали за манеру поведения или внешность. В этом случае фамилия Космольский прошла путь: прозвище Космол → отчество Космолов → Космольский (под влиянием моды на «благородные» фамилии). Однако вариант с -ский прямо от прозвища встречается реже, чем от географического названия.

Третья версия — от имени собственного. В польской традиции известно имя Косма (от греческого «космос» — порядок, украшение), в народной форме — Космол. Тогда Космольский — это «сын Космола», то есть патронимическая фамилия, переоформленная в притяжательную форму.

Известных носителей фамилии Космольский в открытых источниках почти нет, что говорит о её редкости и, возможно, локальном бытовании. Скорее всего, корни фамилии — в западных регионах бывшей Российской империи, где польские и белорусские топонимы смешивались с русскими антропонимическими моделями. Версия с «космосом» хоть и красива, но исторически несостоятельна: фамилия появилась задолго до того, как слово стало обозначать Вселенную.