Фамилия Костромеева — женская форма от Костромеев, и её разбор стоит начать с неочевидного на первый взгляд корня. Вопреки ожиданию, основа здесь не «кострома» в значении «город на Волге» или «связка соломы» (чучело Масленицы). Скорее всего, в основе лежит древнерусское нецерковное имя или прозвище Кострома. В языческой традиции восточных славян Кострома — персонаж, связанный с весенними обрядами и плодородием, но как личное имя оно бытовало в крестьянской среде вплоть до XVII века. От этого имени через притяжательное прилагательное («чей?» — Костромеев) и образовалась фамилия. Суффикс -еев, а не -ов, указывает на то, что основа оканчивалась на мягкий согласный или -й: Кострома → Костромей (разговорная форма имени) → Костромеев.

Вторая, менее вероятная, но всё же возможная версия — прозвище от слова «кострома» в значении «растрепанный, неряшливый человек» или «сварливая женщина». В северных и центральных говорах так могли назвать неопрятного или вздорного человека. Тогда фамилия Костромеев — отчество от прозвища, закрепившееся за потомками. Географически фамилия тяготеет к Костромской и соседним областям, но встречается и за их пределами — это типичный случай, когда прозвище или имя совпало с топонимом, но не произошло от него.

Интересная деталь: фамилия Костромеева сохраняет архаичную модель образования с суффиксом -еев, которая в русских фамилиях встречается реже, чем -ов или -ин. Это указывает на давнее происхождение — скорее всего, фамилия сложилась в XV–XVI веках, когда такие формы были обычны для северо-восточных земель. Сословной принадлежности у фамилии нет: её могли носить и крестьяне, и посадские люди, и мелкие служилые.