Фамилия Кострубатова — женская форма мужской фамилии Кострубатов, но разбирать её стоит с мужского варианта, так как именно он указывает на происхождение. В основе лежит прозвище Кострубатый. Скорее всего, оно образовано от слова «кострубатый» или «коструба», которое в русских говорах означало неровный, шероховатый, с торчащими в разные стороны волосами или ворсом. Человека с взлохмаченной головой, неопрятной шевелюрой или грубой, шершавой кожей могли прозвать Кострубатым. В некоторых диалектах «коструба» — это ещё и название колючего растения, репейника, что подкрепляет образ «цепкого» или неопрятного человека.

Суффикс -ов в фамилии Кострубатов — типичный патронимический, указывающий на принадлежность: «сын Кострубатого». Такая модель образования — одна из самых распространённых в центральной России, но сама основа «кострубатый» встречается реже, чем, например, «Косой» или «Рябой». Это делает фамилию локально узнаваемой, привязанной к определённому говору.

Интересно, что в некоторых источниках «кострубатый» связывают с украинским и белорусским языками, где «коструба» означает «вихор» или «хохол». Это наводит на мысль, что фамилия могла возникнуть на юго-западных русских землях или в среде переселенцев оттуда. Однако суффикс -ов, а не -ин или -енко, говорит о том, что закрепилась она уже на великорусской территории.

Версия о связи с географическим названием (например, Кострубы) маловероятна — таких топонимов в известных справочниках не зафиксировано. Сословного барьера у фамилии не было: Кострубатовыми могли быть и крестьяне, и мещане, и служилые люди — прозвище давалось по внешности, а не по профессии. В документах XVII–XVIII веков эта фамилия не частотна, что подтверждает её относительную редкость и локальный характер бытования.