Фамилия Костышева — женская форма фамилии Костышев, и её происхождение напрямую связано с мужским прозвищем или именем. В основе лежит слово «костыш» — так в русских говорах называли костыль, клюку, посох, а также человека, который ходит с опорой или прихрамывает. Прозвище Костыш могли дать человеку с заметной хромотой, пожилому, опирающемуся на палку, или же, в переносном смысле, — упрямому, «негнущемуся» человеку.

Суффикс -ев (в мужском варианте Костышев) указывает на принадлежность: «сын Костыша» или «из семьи Костыша». Это типичная модель для русских фамилий, образованных от прозвищ, — по тому же принципу сложились фамилии Бобылёв, Горбачёв, Косолапов. Встречается и вариант Костышов, с суффиксом -ов, что говорит о конкуренции двух словообразовательных норм в разных регионах: в южных и западных говорах чаще использовали -ев после мягкого согласного, а на севере и востоке — -ов.

С точки зрения географии, фамилия Костышевы встречается в основном в центральных и северных областях России — в Вологодской, Костромской, Кировской областях. В этих краях слово «костыш» было в ходу, и прозвища на -ыш (Малыш, Глупыш, Худыш) вообще распространены шире, чем в южных диалектах. Встречаются также однокоренные фамилии Костылёв, Костыгин, Костырев — все они восходят к той же теме хромоты и опоры, но Костышев выделяется именно уменьшительно-пренебрежительным суффиксом -ыш, который придаёт прозвищу оттенок бытовой, «домашней» характеристики.

Сословная принадлежность носителей фамилии не закреплена: Костышевы могли быть и крестьянами, и мещанами, и даже духовенством (в некоторых списках семинаристов встречаются фамилии, образованные от простонародных прозвищ). Поскольку фамилия не аристократическая и не книжная, её носители в большинстве своём происходят из крестьянской или ремесленной среды. Точных данных о первом документальном упоминании нет, но в переписных книгах XVII–XVIII веков подобные фамилии на -ев уже фиксируются, так что корни Костышевых уходят как минимум в эпоху Московского царства.