Костомаровский переулок находится в центральной части столицы, в Таганском районе. Пролегает от пересечения Большого Полуярославского переулка с Третьим Сыромятническим переулком, далее к нему примыкает Костомаровская набережная, потом переулок по Костомаровскому мосту пересекает русло реки Яузы, в районе моста к описываемому переулку примыкают Николаямская и Андроньевская набережные и заканчивается Костомаровский переулок примыкая к Андроньевской площади. Андроньевская площадь образована несколькими улицами: Андроньевским проездом, улицей Сергия Радонежского, Большой Андроньевской улицей, Добровольческой улицей, улицей Александра Солженицына, Николоямской улицей и Костомаровским переулком.
Костомаровский переулок является частью большой магистрали в Таганском районе. Переулок является продолжением Второго Сыромятнического переулка, от слияния со Вторым Сыромятническим переулком, Костомаровский переулок тянется к руслу реки Яуза, в Юго-Восточном направлении, пересекает русло реки Яузы. После прилегания к Андроньевской площади дорожная магистраль переулка поворачивает в восточном направлении переходит в улицу Сергия Радонежского и далее в бульвар Энтузиастов и шоссе Энтузиастов, которое напрямую тянется до границы Московской кольцевой автодороги. Параллельно Костомаровскому переулку, с западной стороны, до реки Яузы, протянулся Наставнический переулок.
Протяжённость Костомаровского переулка насчитывает шестьсот девяноста метров, вдоль него находятся, начиная от Большого Полуярославского переулка, на западной стороне:
- Жилой 1117-й квартал Таганского района.
- ФГУП «Ведомственная охрана железнодорожного транспорта России».
- Жилой комплекс «Роял Хаус на Яузе».
- Некоммерческое партнёрство «Миссия Битца».
- Склад антигололёдных реагентов.
- Магазин автозапчастей «Вип сервис».
- Строящаяся сауна.
- Автомобильная заправочная станция и автомойка «Си».
- Бизнес квартал «Банксайд».
Далее Костомаровский переулок пересекает Костомаровскую набережную и реку Яузу по Костомаровскому мосту. На другой стороне реки находятся:
- Природный сквер около Николоямской набережной.
- Территория 1145-го квартала Таганского района.
- Отдел церковной благотворительности и социального служения.
- Храм Преподобного Сергия Радонежского в Рогожской слободе.
На другой стороне Костомаровского переулка находятся:
- Лефортовский районный суд.
- Андроньевский парк.
- Природная аллея около съезда на Андроньевскую набережную.
- Жилые дома 1121-го квартала Таганского района.
- Многофункциональный комплекс ОАО «Марс».
- Дворец культуры Метростроя.
Вдоль Костомаровского переулка организовано автобусное и трамвайное движение.