Фамилия Кострухин образована по одной из самых распространённых русских моделей — с помощью суффикса -ин. Этот суффикс указывает на принадлежность: Кострухин буквально означает «сын Кострухи» или «человек из семьи Кострухи». Основа фамилии — прозвище или некалендарное имя Коструха, которое, в свою очередь, восходит к слову «костёр». В русских говорах «коструха» могло означать не только большой костёр, но и нечто сухое, жёсткое, колючее — например, так называли сухую траву, стебли растений или даже скелет рыбы. Есть и другая версия: в некоторых диалектах «коструха» — прозвище человека с жёсткими, торчащими волосами или худого, костлявого. Таким образом, предок носителя фамилии мог получить прозвище за внешность, за характер (сухой, неуступчивый) или за род занятий, связанный с разведением костров, выжиганием леса под пашню.

С точки зрения географии, фамилия Кострухин встречается в основном в центральных и северных регионах России, особенно в Вологодской, Костромской и Кировской областях. Это не случайно: в северных говорах слово «коструха» было более употребительно, чем на юге. Суффикс -ин тоже типичен для северных и северо-восточных русских фамилий, где он конкурировал с -ов/-ев. В отличие от фамилий вроде Костриков или Кострецов, где корень «костр-» яснее указывает на костёр, Кострухин сохранил более архаичную, диалектную форму.

В дореволюционных документах фамилия встречается в среде крестьян и мещан. Сословного барьера у неё не было: Кострухины могли быть как государственными крестьянами, так и посадскими людьми. В писцовых книгах XVII века изредка упоминаются крестьяне с прозвищем Коструха, но массово фамилия закрепилась позже, после отмены крепостного права, когда бывшим крепостным начали давать фамилии по прозвищам предков.

Сравнение с однокоренными фамилиями показывает, что Кострухин — не единственное ответвление. Есть Кострубов (от «коструб» — сухой, хилый человек), Костриков (от «кострика» — жёсткая часть стебля льна) и Кострюков. Но Кострухин стоит особняком благодаря суффиксу -ух-, который придаёт прозвищу оттенок грубоватости или просторечия. Такие формы часто давали людям с заметными физическими чертами — невысокому, коренастому или, наоборот, тощему человеку.