Фамилия Костьянцева — женская форма фамилии Костьянцев. В её основе лежит слово «Костьянец», и у этого слова две версии происхождения. Первая и самая вероятная: Костьянец — это производная, народная форма крестильного имени Константин (от греческого «констанс» — стойкий, постоянный). В русских говорах имя Константин часто «укорачивали» и переделывали: Костя, Костька, Костьян, и отсюда же — Костьянец. Вторая версия, менее распространённая, но тоже возможная: прозвище Костьянец напрямую связано с нарицательным «кость». В этом случае прозвище давали худому, костлявому человеку. Поскольку прозвища часто переходили в фамилии, обе версии имеют право на существование, но ономасты склоняются к имени Константин как к основе — такие уменьшительные формы (Костьянец, Костьян) встречаются в старых писцовых книгах чаще, чем прозвища по внешности.

Фамилия образована по стандартной русской модели: к основе «Костьянец» прибавили суффикс принадлежности -ев (вместо более частого -ов, что говорит о мягкой основе). Суффикс указывает на то, что фамилия — отчество: «чей?» — Костьянцев, то есть сын Костьянца. Со временем фамилия закрепилась в роду и перестала зависеть от прямого родства.

Географически фамилия Костьянцевы встречается нечасто, но имеет выраженную привязку к южнорусским и центральным областям — в документах XIX века носители фамилии фиксировались в Курской, Воронежской и Тамбовской губерниях. В этих краях имя Константин в форме Костьян было особенно распространено среди крестьян и мещан, что и объясняет появление фамилии.

С точки зрения сословной принадлежности — фамилия недворянская, скорее крестьянская или мещанская. В списках однодворцев и государственных крестьян юга России фамилия Костьянцев встречается регулярно, что подтверждает её «низовое» происхождение: она возникла не в канцеляриях, а в живой народной речи.