Фамилия Космылин происходит от прозвища Космыля, которое давали человеку с густой, растрёпанной шевелюрой — «космами». В вятских говорах это прозвище было особенно распространено, и со временем оно закрепилось как родовое имя. Суффикс -ин указывает на принадлежность: Космылин означает «сын Космыли» или «из рода Космыли».

Интересно, что слово «космы» в русских диалектах имело не только прямое значение «волосы», но и переносное — «лохмотья», «ветошь». В некоторых регионах так могли назвать неопрятного или бедно одетого человека. Однако основная версия происхождения фамилии связана именно с причёской: обладатель буйных, торчащих в стороны волос получал прозвище Космыля, которое затем превратилось в фамилию.

Словообразовательная модель здесь простая и типичная для русских фамилий: основа «космыл-» (от «космы» с суффиксом -л-, придающим прозвищный оттенок) плюс фамильный суффикс -ин. Такая модель характерна для северных и центральных областей России, где прозвища с суффиксом -ля были особенно популярны. Сравните с однокоренными фамилиями: Космынин, Космычев, Косматов — все они восходят к тому же корню, но образованы разными способами.

В исторических документах фамилия встречается с XVII века, преимущественно в Вятской губернии. Крестьяне и посадские люди с фамилией Космылин фиксировались в переписных книгах, что говорит о её давнем бытовании в простонародной среде. Дворянских родов с такой фамилией не известно — это чисто крестьянская или мещанская фамилия, что подтверждает её прозвищное происхождение.

Географически фамилия до сих пор остаётся локальной: большинство носителей живут в Кировской области (бывшая Вятка) и соседних регионах. Встречаются варианты написания Космылин и Космылинъ (до реформы орфографии), но ударение всегда падает на второй слог: Космы́лин.