Фамилия Костимиров образована от личного имени Костимир. Это имя, скорее всего, является славянской адаптацией тюркского имени Коштемир (встречается также вариант Кастемир). Тюркский оригинал двусоставный: первая часть «кош» переводится как «большое стадо» или «стоянка», вторая — «темир» означает «железо». Получается, что в основе имени лежит метафора «железной стоянки» или «несокрушимого, как железо, хозяина стада».

Имя Коштемир было распространено среди тюркских народов, а на русской почве его переосмыслили по созвучию с христианским именем Костя (Константин) или славянским корнем «кост-» (кость). Так появилась форма Костимир, которая звучала привычнее для русского уха. Отчество от этого имени — Костимиров — и закрепилось как фамилия.

Модель образования здесь типичная для русских фамилий XVI–XVII веков: к основе имени добавили патронимический суффикс -ов. Это указывает на то, что предок носителя фамилии был сыном человека по имени Костимир. В отличие от фамилий на -ин, которые чаще образовывались от основ на -а/-я, суффикс -ов здесь закономерен, так как имя Костимир мужского рода и оканчивается на твёрдый согласный.

Географически фамилия Костимиров редкая. Она встречается в основном в центральных областях России и в Поволжье — регионах, где исторически был активен контакт славянского и тюркского населения. Это косвенно подтверждает версию о тюркском происхождении исходного имени.

Других версий, например, связи с профессией или прозвищем, нет: все данные указывают именно на имя Костимир как на единственную основу. Фамилия не имеет отношения к слову «кость» или «мирить» — это позднее народное переосмысление чужого имени.