Фамилия Костюнёва — редкий случай, когда женская форма закрепилась в официальном обиходе, но разговор о происхождении всё равно идёт через мужской вариант Костюнёв. В основе фамилии лежит личное имя Костюня — уменьшительная форма от Константин (через народное Костя). Формант -ун- в русских прозвищах и именах указывал на лицо по характерному признаку или действию: Костюня — буквально «маленький Костя» или, в диалектном понимании, «тот, кто постоянно костерит» (бранится). Вторая версия, менее вероятная, связывает основу с диалектным «костюн» — так в некоторых говорах называли костлявого, худого человека.

Суффикс -ёв (фонетический вариант -ев после мягкого согласного) указывает на принадлежность. Костюнёв — «сын Костюни». Такая модель образования фамилий (от прозвищ с суффиксом -ун-) встречается реже, чем от полных имён, что делает фамилию заметной среди однокоренных. Сравните с Костюков (от Костюк — «маленький Костя») или Костюшин (от Костюша). Костюнёв — более редкий вариант, с отчётливым оттенком прозвищности.

Географически фамилия тяготеет к северо-западным и центральным областям России, где были распространены формы с -ун-. Встречается в Новгородской, Псковской, Тверской областях, а также в Вологодчине. В документах XVII–XVIII веков можно найти упоминания крестьян и посадских людей с прозвищем Костюня — это были обычные люди, не дворяне. Фамилия не попала в списки столбового дворянства и не получила широкой известности, но сохранилась в глубинке, что говорит о её устойчивости.

Ударение в фамилии падает на последний слог: Костюнёва. В старых метрических книгах можно встретить написание через «е» — Костюнева, но это скорее ошибка писаря, чем альтернативная форма. Фонетически фамилия звучит энергично, с характерным для русских фамилий окончанием -ёв, которое часто воспринимается как простонародное.