Фамилия Костыляева — женская форма фамилии Костыляев, и её происхождение напрямую связано с прозвищем или мирским именем Костыль. В русской ономастике это типичная «патронимическая» фамилия, образованная по модели «чей?» — Костыляев, то есть сын Костыля. Суффикс -ев указывает на принадлежность, а основа — слово «костыль».

Ключевой вопрос: что именно имели в виду, когда называли человека Костылем? Тут возможны два основных толкования, и первое — самое прямое. Костыль — это приспособление для ходьбы при хромоте. Прозвище Костыль мог получить человек, который хромал и пользовался костылём. Второе значение — более широкое и, возможно, более распространённое в прозвищах. «Костылём» в диалектах и в просторечии называли высокого, худого и нескладного человека, который напоминал эту палку с перекладиной. В этом случае прозвище давалось не за физический недостаток, а за внешний облик.

Менее вероятна, но не исключена версия, что Костыль — это форма крестильного имени Кость (Константин). В народе имена сокращали, а «Костыль» могло быть уменьшительно-бытовым вариантом, хотя для Константина типичнее формы «Коста», «Костя». Связь с ремеслом или предметом здесь слабая: «костыль» как гвоздь или строительная скоба — это позднее техническое значение, которое вряд ли легло в основу прозвища в XVI–XVII веках.

Географически фамилия Костыляев встречается преимущественно в центральных и северных регионах России, что характерно для фамилий, образованных от прозвищ. В документах XVII–XVIII веков люди с прозвищем Костыль фиксировались в Переславле-Залесском, Вологде и на Урале. В Словаре русских фамилий Б. Унбегауна подобные модели описываются как типично крестьянские или посадские.

Таким образом, предок современных Костыляевых с высокой долей вероятности был либо человеком с характерной внешностью — высоким и худым, либо (реже) имел проблемы с ногами. Фамилия не указывает на знатное происхождение, а говорит о бытовом, живом прозвище, которое закрепилось за родом.