Фамилия Козымаеева — редкий пример, где на стыке основы и суффикса произошло характерное для русской ономастики слияние. Если отбросить окончание -а, мы видим формант -еев, а не -ев. Это значит, что в основе фамилии лежало имя или прозвище, оканчивавшееся на -ей или -ай: Козымай или Козымей. Суффикс -еев (фонетический вариант -еев) присоединялся к таким основам, образуя притяжательное прилагательное: «чей? — Козымаеев», то есть сын или потомок Козымая.

Сама основа, Козым-, почти наверняка восходит к тюркскому слову «козым» (в разных тюркских языках — «подарок», «гостинец», «взятка», а в некоторых диалектах — «зимняя добыча» или «соболь»). В русских говорах Поволжья и Приуралья это слово прижилось именно в значении «подарок» или «гостинец». Прозвище Козымай могли дать человеку, который часто приносил подарки, был щедрым, либо, наоборот, тому, кто жил за счет «козыма» — поборов или подношений. В тюркской среде «козым» могло быть и личным именем-оберегом, означавшим «данный свыше».

География фамилии узкая. Козымаеевы — почти исключительно жители юга Удмуртии и севера Татарстана, а также прилегающих районов Кировской области. Это территория бытования смешанного русского и татарского населения, где тюркские заимствования в фамилиях — норма. Форма на -еев, а не на -ов, — дополнительный маркер именно русского способа оформления тюркской основы: татары чаще образовывали бы фамилию через -ов (Козымаев).

Сословно фамилия не элитарная. Козымаеевы — это, скорее всего, государственные крестьяне или однодворцы южных уездов Вятской губернии. В документах XVIII–XIX веков эта фамилия встречается в ревизских сказках Елабужского и Сарапульского уездов. Вариант написания с двойным «е» (Козымаеев) мог со временем упроститься до Козымаев, но в ряде ветвей сохранился именно в полной форме, что и зафиксировано в современных паспортах.