Фамилия Космычев образована от имени или прозвища Космыч. В основе лежит слово «космы» — длинные, спутанные, торчащие в разные стороны волосы. Прозвище Космыч могли дать человеку с неопрятной, лохматой шевелюрой, который не следил за прической или, наоборот, намеренно носил растрепанный вид. В северных и сибирских говорах «космычом» иногда называли лешего или домового — существо с длинной шерстью, но для фамилии эта версия менее вероятна: прозвища от нечистой силы обычно давали не напрямую, а через охранительные имена (например, «Нечисть»), чтобы обмануть злых духов.

Суффикс «-ев» указывает на притяжательное значение: Космычев — буквально «сын Космыча» или «из семьи Космыча». Это типичная модель для русских фамилий, закрепившаяся в XVI–XVII веках, когда отчество или прозвище отца становилось наследственным родовым именем. В отличие от фамилий на «-ин» (образуемых от основ на -а/-я), суффикс «-ев» присоединяется к словам с мягким или шипящим окончанием: Космыч → Космычев.

Фамилия редкая и локальная. Основные очаги бытования — центральные области России: Владимирская, Костромская, Ивановская области. Встречается также в Пермском крае, куда переселенцы из северных губерний принесли свои прозвища. В дворянских родословных книгах Космычевы не значатся: фамилия крестьянская или посадская, что подтверждается её «говорящей» основой — прозвища по внешнему виду чаще давали в простонародной среде.

Интересная деталь: у фамилии есть омонимичная форма — Космичев, от имени Косма (разговорное Косьма, церковное Косма). Однако Космычев с твёрдым «ы» однозначно отсылает к «космам», а не к святому Косме. В переписях XVII века встречаются оба варианта, но путать их не стоит: Космычев — про волосы, Космичев — про имя.