Фамилия Костроменко — типичный пример фамилии, образованной от названия города. Её основа — древний русский город Кострома. Однако фамилия возникла не напрямую от топонима, а через прозвище, которое давали выходцам оттуда.

В XV–XVI веках жителей Костромы называли не «костромичами» (это форма более поздняя и литературная), а «костромитинами». От этого прозвища и пошла фамилия. Суффикс -енко, распространённый на украинских и южнорусских землях, означает «потомок» или «маленький»: Костроменко — буквально «сын костромитина». Такая модель указывает, что предок носителя фамилии переселился с севера на юг, в зону влияния украинской антропонимии, где и закрепилась эта форма.

Само название города Костромы имеет дохристианские корни. В восточнославянской мифологии Кострома — божество весны и плодородия, которое умирало и воскресало. Её представляли в образе молодой женщины. Обряд «проводов Костромы» символизировал встречу лета и начало страдной поры. Владимир Даль описывал его 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».

Таким образом, фамилия Костроменко хранит память не только о конкретном городе, но и о древнем языческом ритуале, который был распространён на этих землях. Потомок человека, которого в старину прозвали Костромитиным, со временем стал носить фамилию Костроменко.