Фамилия Костоватов — редкий пример, где суффикс «-ов» наращен на основу, которая сама по себе уже содержит суффиксальный элемент. Словообразовательная цепочка здесь нестандартна: не от имени или прозвища сразу, а через прилагательное или отчество на «-ат(ый)». В основе лежит корень «кост-», который в русских фамилиях обычно отсылает к имени Константин (в народной форме Костя) либо к прямому значению «кость».

Однако форма «Костоватов» заставляет искать промежуточное звено. Скорее всего, фамилия образована от прозвища или некалендарного имени Костоват — то есть «костлявый», «ширококостный» или, напротив, «худой, с выступающими костями». Суффикс «-ат-» в русских прозвищах указывал на обладание признаком в избытке: бородатый, носатый, губатый. «Костоватый» — человек с заметной, крупной костью. От этого прилагательного через типичную модель «чей?» и возникла фамилия: Костоватов — сын Костоватого.

Географически фамилия тяготеет к южнорусским и поволжским областям, где диалектное «костоватый» (костлявый) фиксируется в говорах. В центральных и северных регионах чаще встречается форма «Костяев» или «Костин», а «Костоватов» — более локальный вариант. Встречаемость фамилии низкая, что говорит о её происхождении от конкретного прозвища одного родоначальника, а не от массового крестильного имени.

Спорная версия — связь с тюркскими корнями (например, «кост» в значении «птица» или «куст»), но она маловероятна: суффикс «-оват-» — исконно славянский, и фамилия хорошо вписывается в русскую ономастическую модель. Если искать параллели, то это фамилии вроде Горбатов, Носатов, Бородатов — все от прозвищ с тем же суффиксом. Таким образом, предок носителя фамилии Костоватов, скорее всего, был прозван за свою внешность — худощавость или крупное телосложение, и это прозвище закрепилось за его потомками.