Besonders prägend war die Römerzeit: Der Ort war ein wichtiger militärischer Stützpunkt und sicherte eine Holzbrücke über den Main. Überreste dieser Brücke sowie weitere archäologische Funde belegen die strategische Bedeutung Kostheims an der Flussmündung.

Im Jahr 790 wurde Kostheim erstmals urkundlich erwähnt, als Karl der Große eine Urkunde in "Copsistaino" ausstellte. Der Name leitet sich vermutlich von „caput stagni“ (Haupt am Sumpf) ab.  

Kostheim war über Jahrhunderte ein Zentrum für Landwirtschaft und Obst- und Weinanbau. Bereits 1281 wird ein Kostheimer Schiffer erwähnt. Eine Mühle existierte nachweislich seit 1293. 1662 trat der Fischer Lorenz Rhein der Mainzer Fischerzunft bei. Die strategische Lage an der Einmündung des Mains in den Rhein machte den Ort zu einem bedeutenden Umschlagplatz für Waren. Ab dem 16. Jahrhundert entwickelte sich zudem die Flößerei zu einem wichtigen Wirtschaftszweig, der die Region prägte und zur wirtschaftlichen Vielfalt Kostheims beitrug.

Kostheim litt in seiner Geschichte häufig unter den Wirren von Kriegen. Besonders im Dreißigjährigen Krieg wurde der Ort stark in Mitleidenschaft gezogen. Die Schweden errichteten in der benachbarten Gemarkung die Festung Gustavsburg. Auch die Napoleonischen Kriege (1803-1815) hinterließen schwere Schäden – Kostheim war wiederholt Schauplatz von Kämpfen und wurde mehrfach zerstört.

Mit der Industrialisierung erlebte Kostheim einen wirtschaftlichen Aufschwung. Die Eröffnung der Taunusbahn (1840), der Bau der Mainbrücke (1887/89) und die Ansiedlung von Industrieunternehmen wie der Cellulosefabrik (1885) veränderten das Ortsbild nachhaltig. Die Kostheimer Zündholzfabrik wurde 1887 errichtet und beschäftigte circa 100 Mitarbeiter, zumeist Frauen. Die Produktion wurde Ende 1930 eingestellt. Neue Wohngebiete entstanden, die Einwohnerzahl wuchs. 1913 wurde Kostheim in die Stadt Mainz eingemeindet.

Der Zweite Weltkrieg brachte schwere Zerstörungen mit sich. Besonders die Altstadt und die Hochheimer Straße waren betroffen. 113 Menschen kamen bei Luftangriffen ums Leben. Nach Kriegsende wurde Kostheim 1945 von Mainz getrennt und Wiesbaden zugeordnet – eine politische Neuordnung, die bis heute Bestand hat.

Kostheim hat sich zu einem beliebten Wohnort entwickelt. Der Ort ist bekannt für seinen traditionsreichen Weinbau, der bis ins Mittelalter zurückreicht. Hoffeste und das Winzerfest am Mainufer spiegeln diese lebendige Tradition wider. Die Bewohner profitieren von der Nähe zu Wiesbaden und Mainz, die sowohl wirtschaftliche als auch kulturelle Impulse bieten.

Zwei gekreuzte Rebmesser oder doch eine Zange? Die Meinungen gehen auseinander. Jedenfalls wurde das Symbol auf einem Grenzstein von 1603 entdeckt und ins Wappen von Kostheim aufgenommen.