Фамилия Костьева — женская форма от Костьев, и её разбор сразу упирается в редкую словообразовательную модель. В русских фамилиях суффикс -ев обычно присоединяется к основам на мягкий согласный или на -й (Иван → Иванов, но Илья → Ильин, а Пётр → Петров). Здесь же основа — «Кость», где конечный -ть звучит мягко, но фамилия образована не по стандартному правилу (ожидалось бы Костин). Это указывает на то, что в основе лежит не имя Костя (уменьшительное от Константин), а полная форма имени или прозвища Кость — архаичный вариант, который фиксируется в древнерусских памятниках.

Сама фамилия восходит к каноническому имени Константин (от лат. constans — «стойкий, постоянный»). В народной речи имя сокращалось до Костя, но параллельно бытовала и форма Кость — без суффикса -я, как прямое усечение. Такие «голые» основы встречаются реже, но дают фамилии вроде Костьев или Костьевых. По суффиксу -ев можно предположить, что фамилия оформилась в среде, где преобладали отчества на -ов/-ев, то есть среди крестьян и мещан центральных губерний России, а не на севере, где чаще встречаются фамилии на -ин.

Географически фамилия Костьев (и Костьева) редкая. Основные очаги — Тверская, Псковская и Новгородская области, а также восточная Беларусь. В этих регионах в XVII–XVIII веках действительно фиксировались прозвища и неканонические имена Кость, Костько. Ономасты (в частности, работы В. А. Никонова) отмечают, что подобные фамилии на -ьев с мягкой основой — маркер локальной диалектной традиции, где окончание -ев могло заменять -ин под влиянием соседних говоров.

Есть и вторая, менее вероятная версия: связь с нарицательным «кость» — прозвище костлявого, худого человека, либо мастера по обработке кости (костореза). Но для прозвищного происхождения типичнее форма Костин (по отцу-Кости) или Костяев (от Костяй). Форма Костьев тяготеет к именной основе, а не к бытовому прозвищу, поэтому первая гипотеза выглядит убедительнее.

В метрических книгах XIX века фамилия встречается в основном у государственных крестьян и мещан. Дворянских родов с такой фамилией не зафиксировано. Носительница фамилии Костьева может с большой долей вероятности считать, что её предок носил имя Кость (производное от Константина) и жил на северо-западе России или в смежных белорусских землях.