Фамилия Кострейкина — женская форма фамилии Кострейкин, и её основа — прозвище или мирское имя Кострейка. В центре внимания здесь необычный суффикс -ейк-, который встречается в русских фамилиях гораздо реже, чем стандартные -ов/-ев или -ин. Такая модель образования (основа на -ейка) характерна для прозвищ с экспрессивным, часто уменьшительным или ироничным оттенком: например, Зайка, Мамка, Тётка. Кострейка — это человек, которого прозвали по сходству с предметом или явлением, связанным с костром.

Сам корень «костр-» многозначен. Самая очевидная версия — связь с огнём: костёр, кострище. В этом случае прозвище Кострейка мог получить либо человек, который постоянно разводил костры (пастух, лесник, углежог), либо тот, кто имел яркую, «горячую» внешность (рыжие волосы, огненный нрав). Однако есть и другая, более редкая, но правдоподобная версия. В северо-западных и псковских говорах «костерь» или «костра» — это жёсткая часть стебля льна, кострика, которая остаётся после трепания. Человек, обрабатывавший лён, мог получить прозвище Кострейка за худобу, жёсткость или за сам род занятий. Третья, менее вероятная гипотеза — от слова «костерь» в значении «сорняк» (костёр ржаной), но для прозвища это слишком натянуто.

Суффикс -ин в окончании фамилии указывает на принадлежность: «чей сын?» — Кострейкин, то есть сын Кострейки. Такая модель типична для северных и центральных областей России. Фамилия редкая, в списках массовых русских фамилий не встречается, что говорит о её локальном, возможно, деревенском происхождении. Носитель фамилии Кострейкина, скорее всего, происходит из семьи, где предок был заметен либо своим ремеслом (работа с огнём или льном), либо яркой внешностью, за которую и получил необычное прозвище.