Фамилия Косоголова — женская форма от Косоголов, и её разбор стоит начать с конца, с суффикса. Перед нами типичная русская фамилия на -ов, образованная от прозвища. Суффикс -ов указывает на принадлежность: «чей?» — Косоголов, то есть сын или потомок человека по прозвищу Косогол. Модель стандартная для центральной России, Поволжья и южных областей, где фамилии на -ов доминируют.

В основе лежит сложение двух корней: кос- (от слова «косой») и -голов- (от «голова»). Прозвище Косогол могло означать человека, который держит голову набок, склоняет её в сторону. Второй и более вероятный вариант — указание на косоглазие, когда взгляд «косой», а голова как бы повёрнута вслед за ним. В старину такие прозвища давали без насмешки, скорее по внешнему признаку, который бросался в глаза. Редко, но могло быть и переносное значение: «упрямый человек» (кривая голова, которая гнёт своё).

Сравнение с однокоренными фамилиями — Косоглазов, Кривоголов, Косогор — подтверждает, что это прозвищная группа, описывающая внешность или манеру держаться. Фамилия не дворянская и не священническая: в духовном сословии чаще брали фамилии на -ский, а здесь — чисто бытовое, крестьянское или посадское прозвище. Географически Косоголовы встречаются в основном в центральных и южнорусских областях, особенно в Воронежской и Ростовской, что характерно для фамилий с корнем «кос-» в значении «кривой, наклонный».

Ударение в фамилии — на третий слог: Косого́лова. В дореволюционных записях могла писаться через «а» в конце основы (Косоголова) или с двойной «о» в середине (Косоголлова), но современная норма закрепила единое написание.