Фамилия Костионов — редкий случай, когда суффикс перетягивает на себя ударение, а основа, наоборот, теряет гласную. Разберёмся по порядку.

В основе лежит имя или прозвище Костион. Скорее всего, это неканоническая, народная форма крестильного имени Константин. В русских говорах имя Константин часто сокращали до Костя, а от него образовывали уменьшительные варианты с разными суффиксами: Костюк, Костёнок, Костяй, Костян. Форма Костион могла возникнуть под влиянием западных или южнорусских диалектов, где суффикс -он (-ён) придавал имени оттенок ласкательности или, наоборот, просторечия. Сравните: Степан — Степион, Иван — Ивион. Таким образом, Костион — это «маленький Костя» или просто разговорный вариант имени.

Фамилию образовали по стандартной модели: к основе Костион добавили патронимический суффикс -ов, означающий «чей?» — сын Костиона. Ударение в фамилии падает на последний слог: Костио́нов. Это отличает её от похожих фамилий, где суффикс безударный (например, Ко́стиков, Ко́стин). В русской ономастике такое смещение ударения часто указывает на то, что фамилия сложилась позже, в эпоху, когда суффикс уже перестал быть просто указанием на отца, а закрепился как фамильный формант.

Встречаемость фамилии невысокая, что подтверждает её локальный характер. В дореволюционных переписях Костионовы фиксировались в основном в центральных и южных губерниях России — там, где были сильны традиции «окающих» говоров и где имя Константин в бытовой речи дробилось на множество производных. Возможно, предок носителя фамилии был крестьянином или ремесленником, которого в округе знали как Костиона — не по паспорту, а по дворовому прозвищу.

Отдельно стоит отметить, что фамилия Костионов не связана с костью в прямом смысле, хотя на слух это кажется очевидным. Если бы в основе было прозвище Кость (худой человек, костистый), фамилия звучала бы как Костин или Костев. Суффикс -ион здесь — именно именной, а не нарицательный, поэтому версия с прозвищем маловероятна.