Фамилия Костилова — женская форма фамилии Костилов. В основе лежит прозвище или нецерковное имя Костил. В русских говорах «костиль» (или «костыль») означало не только приспособление для ходьбы, но и упрямого, несговорчивого человека, а также — в некоторых диалектах — высокого, худого, «костлявого» человека. Таким образом, прозвище Костил могли дать либо по внешности, либо по характеру.

Модель образования фамилии — типичная для русских фамилий на -ов/-ев, но здесь суффикс -ил. Это редкий случай: обычно -ил входит в основу прозвища, а не в фамильный суффикс. Фамилия Костилов (и Костилова) образована по схеме «прозвище + -ов», то есть буквально «сын Костила». Суффикс -л- в прозвище мог указывать на деятеля: костил — тот, кто «костит», то есть бранит, ругает (от глагола «костить» — упрекать, корить). В этом случае Костил — человек, который часто и резко высказывается, сварливый.

Географически фамилия Костиловых встречается преимущественно в центральных и северных областях России, особенно в старых писцовых книгах Новгородской и Вологодской губерний. Там слово «костыль» в значении «высокий тощий человек» было в ходу. В некоторых переписях XVII века упоминаются крестьяне Костиловы — вероятно, предки были не дворянами, а тяглыми людьми: пахарями или ремесленниками.

Сложность в том, что фамилия может быть и «географической» — от названия деревни Костилово. Такие деревни есть в Костромской и Ярославской областях. Тогда фамилия означает «выходец из Костилова». Но это менее вероятно, так как топоним чаще даёт фамилии на -ский (Костиловский), а Костилов — типичное отчество от прозвища.