Фамилия Костромичев (встречается и вариант через ё — Костромичёв) образована по типичной русской модели от прозвища Костромич. Костромичом в старину называли жителя Костромы. Такое прозвище-указание на место рождения или проживания мог получить человек, перебравшийся из этого города в другую местность. Потомок Костромича становился Костромичевым — буквально «сын Костромича». Суффикс -ич здесь неслучаен: он характерен для названий жителей городов (москвич, тверич, вятич) и в фамилиях встречается реже, чем -ов или -ин, что делает эту фамилию заметной на фоне более массовых образований.

Есть и вторая версия, уходящая корнями в славянскую мифологию. Кострома — не только город, но и имя древнего божества весны и плодородия, которое олицетворяли в образе молодой женщины. С этим персонажем был связан обряд похорон Костромы: её чучело топили в реке или озере, причём одни провожающие плакали и жалели божество, а другие — с шутками и остротами завершали ритуал, после чего пили и веселились «в последний раз до осенян, до уборки хлеба». Если прозвище Кострома дали землепашцу, для которого этот культ имел значение, то его потомки могли стать Костромичевыми. Правдоподобнее, однако, первая версия: прозвища по географическому принципу в русских фамилиях встречаются гораздо чаще, чем мифологические, а суффикс -ич прямо указывает на катойконим — название жителя города.