Фамилия Костоянцев — редкий случай, когда суффикс указывает на географию точнее, чем корень. Основа здесь — «Костоян», а суффикс «-цев» выдаёт южнорусское или украинское происхождение. В центральной России чаще встречались бы формы Костоянов или Костоянинов, а «-цев» характерен для фамилий, образованных от названий населённых пунктов или прозвищ, где основа оканчивалась на -янец, -янин (ср. Ростовцев — от ростовец, житель Ростова). Но в нашем случае перед нами не топоним, а личное имя или прозвище.

Корень «Костоян» — это, скорее всего, вариант имени Константин. В южнославянских и румынских говорах имя Константин нередко сокращалось до Коста, а от него образовывали уменьшительные формы: Костан, Костоян. В болгарском и сербском языках «Костоян» — вполне живое производное, означающее «маленький Коста» или «сын Косты». Фамилия Костоянцев, таким образом, значит «потомок Костояна», то есть внук или сын человека, которого звали уменьшительно-ласкательным от Константина.

Менее вероятна, но возможна связь с греческим именем Костас (тоже от Константин) через турецкое или армянское посредничество. В армянском языке есть имя Костанд (от Константин), и форма Костоян могла возникнуть как его диалектный вариант. Но в таком случае фамилия оканчивалась бы на «-ян» (Костоянян), а не на «-цев». Русский суффикс «-цев» твёрдо указывает, что фамилия оформлялась уже на русской или украинской почве, скорее всего, среди переселенцев с Балкан или из Причерноморья.

По сословной принадлежности сказать определённо сложно: фамилии на «-цев» в XVIII–XIX веках встречались и у крестьян, и у мещан, и у казаков. Но редкий корень и нетипичная для центральной России модель намекают, что предки носителя фамилии могли быть выходцами с юга — из Новороссии, Бессарабии или даже из болгарских колоний, переселившихся в Российскую империю в конце XVIII — начале XIX века. Фамилия Костоянцев — это осколок миграции, застывший в суффиксе.