Фамилия Костяк — редкий пример того, как прозвище, данное по внешности или характеру, превратилось в фамилию, сохранив при этом свою исходную «телесную» метафору. В основе лежит слово «костяк» — то есть скелет, основа, остов. В переносном смысле так могли назвать очень худого, костлявого человека, у которого, как говорили в народе, «кожа да кости». Реже прозвище могло получить человек крепкого телосложения, «широкой кости», который служил опорой для семьи или общины.

Словообразовательная модель здесь нестандартная для русских фамилий. Суффикс -як характерен для украинской и белорусской традиции (сравните: Глушняк, Дубняк, Шумляк). Поэтому фамилия Костяк, скорее всего, имеет южнорусские или украинские корни. В русской среде аналогичную фамилию образовали бы через суффикс -ов (Костяков), но форма без суффикса указывает на то, что предок носителя фамилии был записан по прозвищу в тех регионах, где такие бессуффиксные фамилии были нормой.

В ономастике существует и другая, менее вероятная версия: фамилия могла произойти от уменьшительной формы имени Константин — Костя, с добавлением типичного украинского суффикса -ак. То есть Костяк — это «сын Кости». Однако эта гипотеза слабее, потому что для таких патронимов в украинском языке чаще использовали суффиксы -енко или -ук (Костенко, Костюк). Прямая связь с прозвищем по внешности выглядит убедительнее.

Фамилия Костяк встречается рассеянно, без ярко выраженного гнезда. Её можно найти в записях Черниговской, Полтавской и Харьковской губерний, а также среди казачества. В современной России она редка, что делает её особенно ценной для тех, кто её носит: в отличие от массовых фамилий, Костяк почти наверняка не меняла значения с веками и прямо указывает на то, как окружающие характеризовали первого носителя.