Фамилия Костарнов чаще всего ведет происхождение от прозвища Костарный. В русских говорах так называли заядлого игрока в кости или бабки, а также мошенника, промышлявшего этой игрой. Позже значение расширилось — Костарным могли назвать и страстного картежника, человека, одержимого азартом. Корень здесь тот же, что и в слове «кости»: игральные кости дали прозвище, а прозвище, в свою очередь, стало фамилией.

Словообразовательная модель типична для русских фамилий: суффикс -ов присоединился к основе Костарн-, которая возникла из прилагательного «костарный». Такая модель часто указывает на принадлежность: «Костарнов» — буквально «сын Костарного» или «из семьи Костарного».

Существует и вторая версия, менее убедительная, но заслуживающая упоминания. Согласно ей, Костарнов — это фонетический вариант фамилии Кустарнов. Если принять эту гипотезу, то в основе лежит прозвище Кустарь, то есть ремесленник, работающий на дому, владелец собственной мастерской. В разных губерниях кустари специализировались на своем деле: в Нижегородской — на металле (ножи, замки, гвозди), в Тверской — на обуви, в северных районах — на деревянных изделиях (сани, мебель, игрушки), в Московской и Владимирской — на текстиле и кружевах.

Однако первая версия — от игрока в кости — выглядит правдоподобнее. Фонетический переход «ку-» в «ко-» в русских фамилиях встречается, но он редок и не имеет под собой массовой языковой закономерности. К тому же прямое значение прозвища Костарный («игрок», «шулер») хорошо документировано в диалектах, тогда как связь с кустарным ремеслом требует дополнительных допущений.

Как бы то ни было, потомок человека с прозвищем Костарный со временем получил фамилию Костарнов — и она закрепилась в качестве родового имени.