Фамилия Костюрнина — женская форма фамилии Костюрнин, и её происхождение уходит корнями в прозвище или мирское имя. Основа фамилии — «костюра», слово, которое в русских говорах имело несколько значений. В первую очередь, так могли называть костлявого, худого человека — того, у кого «кости торчат». В словаре Даля «костюра» — это и кость, и костяк, и вообще нечто жёсткое, сухое. Но есть и другая, более прозаичная версия: в некоторых регионах «костюрой» называли большую кость, а также — что интересно — костяную иглу или шило. Отсюда прозвище могло получить и косторез, и портной, и сапожник, работавший с костяными инструментами.

Суффикс -ин указывает на принадлежность: Костюрнин — буквально «сын Костюры». Это типичная модель для русских фамилий, образованных от прозвищ или личных имён, оканчивающихся на -а или -я. Такие фамилии чаще всего встречаются в северных и центральных губерниях России, где суффикс -ин был особенно распространён. Географически Костюрнины могли быть выходцами из Вятской, Пермской или Архангельской губерний — именно там диалектное слово «костюра» фиксируется в говорах.

Есть и менее вероятная, но допустимая версия: связь с тюркским именем Костюр (от «кёстюр» — «слепой» или «поводырь»). Однако для русской фамилии такое объяснение маргинально, так как слово «костюра» органично вписывается в славянскую лексику и прозвищную традицию. В ономастических справочниках, например у Б. Унбегауна, фамилии с основой «кост-» регулярно связывают с внешностью или ремеслом, а не с заимствованиями.

Таким образом, предки Костюрниных, скорее всего, были либо людьми заметной худобы (что в крестьянской среде давало меткое прозвище), либо мастерами, работавшими с костью. Прозвище закрепилось за одним человеком, а затем перешло к его потомкам, и к XIX веку фамилия уже бытовала в нескольких уездах, не став массовой, но сохранив свою редкую и выразительную основу.