Фамилия Костюхины образована от разговорной формы крестильного имени Константин. В основе лежит просторечное имя Костюха — один из вариантов, наравне с Костей, Костяном или Костеней, которые в старину бытовали в крестьянской и мещанской среде. Имя Константин пришло на Русь вместе с христианством из Византии; в переводе с греческого оно означает «стойкий, постоянный». Со временем прозвище или домашнее имя Костюха закрепилось за главой семьи, а его дети и внуки стали писаться как Костюхины.

Фамилия образована по самой распространённой русской модели: к основе Костюх- прибавили суффикс принадлежности -ин, указывающий на родство («чей?» — Костюхин сын). Такая схема типична для фамилий, восходящих к именам и прозвищам, оканчивающимся на -а, -я, -о. Сравните: Фомин, Савин, Ильин. По этой же причине фамилия звучит как Костюхин, а не Костюхов.

Интересная деталь: в некоторых говорах, особенно на севере и северо-востоке России, бытовала форма Костюхих — она застыла в родительном падеже множественного числа и означала «из семьи Костюх». Такие фамилии на -их/-ых (Костюхих, Костюховых) типичны для старообрядческих регионов и Сибири. Однако вариант Костюхин — общераспространённый, встречается по всей центральной России, но чаще фиксируется в Вологодской, Костромской и Архангельской областях, где суффикс -ин особенно живуч.

О точном времени возникновения фамилии говорить сложно: процесс закрепления наследственных прозвищ растянулся на несколько столетий. В документах XVII–XVIII веков могли встречаться записи вроде «Ивашко Костюха» или «Костюхин сын», но фамилия в современном виде оформилась к XIX веку. Тем не менее, Костюхины — это характерный памятник русской ономастики, в котором слышна и народная переработка церковного имени, и живая разговорная традиция.