Фамилия Косталева — женская форма фамилии Косталев, и её разбор сразу упирается в редкую и неочевидную основу. Первое, что бросается в глаза, — корень «костал-», который в русском языке не встречается как самостоятельное слово. Это заставляет искать объяснение либо в диалектной лексике, либо в иноязычном заимствовании, либо в искажении более распространённой фамилии.

Наиболее вероятная версия связывает фамилию Косталев с профессией или ремеслом. В южнорусских и украинских говорах словом «косталь» могли называть костяника — мастера, работавшего с костью: он вырезал гребни, пуговицы, рукоятки ножей. Такое занятие было распространено в среде крестьян и городских ремесленников, и прозвище Косталь легко закреплялось за человеком по роду деятельности. Суффикс -ев указывает на притяжательную форму: «чей?» — Косталев, то есть сын или потомок Косталя.

Вторая версия, менее вероятная, но имеющая право на существование, — происхождение от личного имени или прозвища Костал, которое могло быть вариантом крестильного имени Константин (в народной форме Коста, Косташ). Однако для такого перехода не хватает промежуточных звеньев: обычно от Константина образуют фамилии Константинов, Костин, Костюков, а Косталев стоит особняком.

Географически фамилия Косталева встречается редко, в основном в центральных и южных регионах России, а также среди русского населения Украины. Это говорит о том, что фамилия не получила массового распространения и осталась локальной, возможно, в одной или нескольких крестьянских общинах. В дореволюционных переписях она не фиксируется среди дворянских родов — скорее всего, её носители были государственными или помещичьими крестьянами, ремесленниками или однодворцами.

Сравнение с однокоренными фамилиями подтверждает редкость основы. Известны фамилии Косталевский, Костальский, но они явно топонимические (от названий сёл Косталево, Костальцы). Фамилия же Косталев — чисто прозвищная, без географической привязки. В написании возможна вариативность: в старых документах можно встретить Косталёв (с ударением на последний слог), но современная норма закрепила форму Косталев.