Костхайм е споменат за първи път в документ през 790 г., когато Карл Велики издава документ в "Копсистайно". Предполага се, че името произлиза от "caput stagni" (глава при блатото).

В продължение на векове Костхайм е бил център на земеделието и на отглеждането на плодове и вино. Още през 1281 г. се споменава костехаймски скиптър. Има данни, че мелница съществува от 1293 г. През 1662 г. рибарят Лоренц Рейн се присъединява към гилдията на рибарите в Майнц. Стратегическото местоположение на сливането на реките Майн и Рейн превръща града във важен център за претоварване на стоки. От XVI в. нататък рафтингът също се превръща във важен отрасъл, който характеризира региона и допринася за икономическото разнообразие на Костхайм.

През цялата си история Костхайм често е страдал от военните размирици. Градът е особено силно засегнат по време на Тридесетгодишната война. Шведите построяват крепостта Густавсбург в съседния район. Наполеоновите войни (1803-1815 г.) също нанасят сериозни щети - Костхайм неведнъж е бил арена на сражения и няколко пъти е разрушаван.

Костхайм преживява икономически подем с индустриализацията. Откриването на железопътната линия Таунус (1840 г.), построяването на главния мост (1887/89 г.) и създаването на промишлени предприятия като фабриката за целулоза (1885 г.) променят завинаги облика на града. Фабриката за мачове в Костхайм е построена през 1887 г. и в нея работят около 100 души, предимно жени. Производството е преустановено в края на 1930 г. Построени са нови жилищни квартали и населението се увеличава. През 1913 г. Костхайм е присъединен към град Майнц.

Втората световна война води до тежки разрушения. Старият център на града и улица Хоххаймер са особено засегнати. 113 души губят живота си при въздушни нападения. След края на войната през 1945 г. Костхайм е отделен от Майнц и е присъединен към Висбаден - политическа реорганизация, която продължава и до днес.

Костхайм се е превърнал в популярно място за живеене. Градът е известен с традициите си в лозарството, които датират от Средновековието. Фермерските фестивали и празникът на лозарите на брега на Майн отразяват тази жива традиция. Жителите се възползват от близостта до Висбаден и Майнц, които осигуряват икономически и културни стимули.

Два кръстосани лозарски ножа или един чифт клещи? Мненията се различават. Във всеки случай символът е открит върху граничен камък от 1603 г. и е включен в герба на Костхайм.