Фамилия Костливцева — редкий случай, когда женская форма прочно закрепилась в качестве основной. В русской традиции фамилии на -ин/-ын обычно образовывались от основ на -а/-я (сын кого? — Кости). Но здесь мы видим суффикс -ев-, что указывает на основу, которая в древности оканчивалась на мягкий согласный или -й. Правильнее говорить о модели «Костливец → Костливцева»: сначала возникло прозвище или мирское имя Костливец, а от него через притяжательный суффикс -ев- образовалась фамилия. Женская форма здесь не исключение, а скорее свидетельство того, что в семье не было мужчин-носителей мужского варианта, либо он просто не зафиксирован.

Корень «кост-» прозрачен: он связан с костью. «Костливый» в старых говорах означало «костлявый», «худой», «с выступающими костями». Прозвище Костливец могли дать человеку за его внешность — высокому, худощавому, с резкими чертами лица. В ономастике это типичная «портретная» фамилия, образованная от физической характеристики. Менее вероятна, но возможна связь с профессией: костлявый могло быть прозвищем резчика по кости, хотя для ремесленников чаще использовали названия по инструменту или изделию (Костогрыз, Косторез).

География фамилии узкая. Основные следы ведут в южнорусские и украинские земли, где суффикс -ец в прозвищах был особенно продуктивен. Встречается она в документах XVII–XVIII веков по Слобожанщине и Курской губернии — регионах, где смешивались великорусские и малорусские говоры. В современных справочниках фамилия почти не упоминается, что говорит о её редкости и возможном угасании рода.

Сравнение с однокоренными фамилиями помогает уточнить значение. Костливцев (мужской вариант) встречается чаще, но и он нечаст. Костливый и Костлявый — более распространённые аналоги, но они образованы по другой модели (без суффикса -ец). Костливцева стоит особняком: суффикс -ец в основе придаёт прозвищу оттенок уменьшительности или принадлежности к группе («тот, кто костлив»), что характерно для прозваний, данных в кругу соседей или семьи.

Таким образом, фамилия Костливцева происходит от прозвища Костливец, данного, скорее всего, за худощавое телосложение. Она закрепилась в женской форме, что нередко для редких фамилий, где генеалогическая линия прервалась или не получила распространения в мужском варианте. Носительница этой фамилии может считать своими предками людей из южнорусских областей, живших в XVII–XIX веках и получивших своё прозвание от внешности.