Фамилия Костоглотов — редкий случай, когда прозвище, лёгшее в основу, сохранило почти первозданную звуковую выразительность. В её основе лежит прозвище Костоглот, которое, скорее всего, является фонетическим вариантом более раннего прозвища Костоглод. Разница в одну букву — «т» вместо «д» — могла возникнуть из-за местного говора или простонародного произношения, где звонкие согласные на конце слова оглушаются.

Смысл прозвища прозрачен: оно восходит к двум славянским корням — «кость» и «глодать» (или «глотать»). Костоглод — это буквально «тот, кто гложет кости». Прозвище указывало на привычку предка тщательно, до хруста, объедать мясо с костей. В крестьянском быту, где каждый кусок был на счету, такая черта не считалась зазорной — скорее, говорила о хозяйственности и отсутствии брезгливости. Позже, в результате метатезы или под влиянием глагола «глотать», форма Костоглод превратилась в Костоглот, и именно этот вариант закрепился как наиболее употребительное именование человека.

Фамилия образовалась по стандартной модели: к прозвищу добавили притяжательный суффикс -ов, означающий «чей?» — то есть Костоглотов — это «сын Костоглота» или «потомок Костоглода». Такая словообразовательная схема типична для русских фамилий, возникших в XV–XVII веках, когда прозвища переходили в наследственные именования.

Отдельного внимания заслуживает редкость фамилии. В отличие от распространённых «костяных» фамилий вроде Костомаров или Костоусов, Костоглотов встречается значительно реже. Это позволяет предположить, что фамилия не вышла за пределы одного-двух крестьянских или посадских родов, а её носители до сих пор могут быть сосредоточены в определённом регионе — вероятно, на севере или северо-востоке России, где говор сохранял архаичные формы вроде «глодать» вместо литературного «грызть».