Фамилия Костромеев указывает на географическое происхождение предка — скорее всего, он был выходцем из древнего русского города Костромы. Такие фамилии, образованные от названия местности, — один из самых распространенных типов в славянской ономастике. Первоначально жителей Костромы называли костромитинами: в документах XV–XVI веков встречается именно эта форма. Со временем суффикс -ит- отпал, и прозвище сократилось до Костромей, а от него уже по обычной модели появилась фамилия Костромеев (суффикс -ев, как у фамилий, образованных от основ на мягкий согласный).

Название самого города уходит корнями в языческую древность. В восточнославянской мифологии Кострома — божество весны и плодородия, которое каждый год умирало и воскресало. Ее представляли в образе молодой женщины, а обряд проводов Костромы символизировал встречу лета и начало страды. Владимир Даль описывает этот обычай так: «Хоронят Кострому, топят в Оке, а где ее нет, в речке или озере. Часть провожающих плачут и причитают, жалея Кострому и не давая ее в обиду, прочие, с грубыми остротами, продолжают свое; спровадив Кострому, пьют и веселятся в последний раз до осени, до уборки хлеба».

Точное время и место возникновения фамилии Костромеев установить сложно — процесс формирования фамилий у разных сословий растянулся на несколько столетий. Однако сама фамилия остается памятником и древней топонимики, и дохристианских верований, и живой разговорной речи, в которой «костромитин» превратился в «костромея».