Byen blir første gang nevnt i krønikene for året 1213, men historikerne tror den kan ha blitt grunnlagt av Jurij Dolgorukij mer enn et halvt århundre tidligere. I likhet med andre byer i Vladimir-Suzdal ble Kostroma plyndret av mongolene i 1238. Den var da et lite fyrstedømme under ledelse av fyrst Vasilij av Kostroma, en yngre bror av den berømte Aleksander Nevskij. Vasilij arvet storfyrsttittelen i 1271, men han forlot ikke byen for Vladimir, og hans etterkommere styrte Kostroma i ennå et halvt århundre, til byen ble kjøpt av Ivan I av Moskva.