Фамилия Кострюлин образована от прозвища или нецерковного имени Кострюля. В русских говорах слово «кострюля» имело два основных значения: небольшая кастрюля или котелок, а также — в переносном смысле — человек с грубоватым, «чумазым» нравом или внешностью. Скорее всего, прозвище дали либо повару, либо человеку, которого за характер сравнивали с закопченной кухонной утварью. Менее вероятна связь с диалектным «костеря» (ворчун, бранчливый человек), хотя звуковое сходство есть.

Суффикс -ин указывает на принадлежность: Кострюлин буквально значит «сын Кострюли» или «из семьи Кострюли». Это типичная модель русских фамилий от прозвищ на -я, -ля: Костря → Кострюля → Кострюлин. В отличие от фамилий на -ов, которые чаще образовывались от имен с твердым окончанием, -ин характерен для основ на -а/-я. По этой же модели возникли, например, фамилии Кисляков или Шуляков, но с другим суффиксом, а Кострюлин стоит ближе к таким, как Кострикин или Костромитин, хотя корни разные.

Фамилия редкая и географически привязана к центральным и северным областям России — там, где слово «кострюля» бытовало в быту. Встречается в старых переписях Вологодской, Костромской и Ярославской губерний, что подтверждает ее исконно русское происхождение. Дворянских родов с такой фамилией не зафиксировано — это крестьянская или мещанская фамилия, образованная от бытового прозвища, а не от церковного имени.

В ономастических справочниках фамилия не получила развернутого описания, но по аналогии с однокоренными (Кострюков, Кострюгин) можно утверждать, что основа — прозвище от предмета кухонной утвари. Спорных версий здесь немного: иногда пытаются связать с географическим названием Кострома, но словообразовательная цепочка (Кострома → Кострюлин) потребовала бы лишнего суффикса -юл-, что натянуто. Правдоподобнее — прозвище, данное за внешность или занятие.