Фамилия Костельцев образована от прозвища или мирского имени Костелец, а тот, в свою очередь, — от слова «костел». В русском языке так называли католический храм, и это прямо указывает на географию и социальный контекст: предок носителя фамилии жил на западе или юго-западе современной России, на землях, граничащих с Польшей, Беларусью или Украиной, где католичество было распространено. Суффикс -ец в основе (Костелец) мог означать либо жителя местности, рядом с которой стоял костел, либо человека, так или иначе связанного с этим зданием — например, служителя, сторожа или просто того, кто жил в доме у костела.

Модель образования фамилии — типичная для русской ономастики: прозвище на -ец + патронимический суффикс -ев (Костельц-ев). Форма Костельцев с мягким знаком в середине — результат фонетического смягчения: «Костелец» в родительном падеже звучало как «Костельца», отсюда и написание. Встречаются и однокоренные фамилии — Костельников, Костельский, но они образованы по другим моделям: первая — от профессии (костельник — мастер по изготовлению костелов? или, вероятнее, от той же основы), вторая — от топонима. Костельцев же держится именно на прозвищной основе, что делает её более «личной»: предка звали не по месту рождения, а по характерному признаку или занятию.

Эта фамилия — не из самых частых, она сосредоточена в регионах, где исторически было сильное польское или литовское влияние: Смоленская, Брянская, Псковская области, а также запад Беларуси. Встречается и у потомков переселенцев из этих земель. Сословной привязки у неё нет: Костельцевыми могли быть и крестьяне, и мещане, и духовенство — в зависимости от того, кем был конкретный Костелец. Никаких легенд о знатном происхождении или дворянских гербах с этой фамилией не связано, что типично для прозвищ, описывающих бытовую или территориальную принадлежность.