Художник родился в Курске, в семье пехотного офицера (его отец был племянником адмирала В.И. Истомина, героя обороны Севастополя в 1854-1855 годах). Константину исполнилось шестнадцать лет, когда семья переехала в Харьков, там он начал заниматься в частной студии художника Е.Е. Шрейдера - учившегося в Париже поклонника и последователя барбизонцев, который оказал значительное влияние на формирование вкусов и пристрастий молодого художника.
В 1906 году Истомин уехал в Мюнхен, где вместе с Владимиром Фаворским учился в школе Шимона Холлоши, а через три года оба продолжили образование в Московском университете на только что созданном отделении истории искусств.
1910 годом датировано первое выступление Константина Истомина на XIX выставке «Московского товарищества художников», где экспонировались его гравюры на цинке сухой иглой (сегодня они хранятся в ГМИИ имени А. С. Пушкина). С 1913 по 1918 год Истомин отбывал воинскую повинность, был на фронте. При этом в 1916-м на ХХII выставке «Московского товарищества художников» впервые экспонировалась живописная работа Константина Истомина «Лимоны». После демобилизации художник продолжал напряженно работать, постоянно принимал участие в разнообразных выставках. С начала 1920-х и до 1930 года Истомин работал во ВХУТЕМАСе - ВХУТЕИНе, в частности, руководил его подготовительным отделением. В 1926 году Истомин был назначен заместителем директора ВХУТЕМАСа по научно-учебной работе, а затем был избран проректором живописного отделения. В этот же период он участвовал в выставках художников объединения «Маковец» и общества художников «4 искусства», где был секретарем. В начале 1930-х Истомин наряду с Владимиром Фаворским, Ильей Машковым и Константином Юоном входил в комиссию по перестройке системы художественного образования.
В 1932 вышел в свет роман Дмитрия Фурманова «Чапаев» с иллюстрациями Истомина. В том же году художник принял участие в юбилейной выставке «Художники РСФСР за 15 лет», которая проходила сначала в Ленинграде в Государственном Русском музее, затем - в Москве. В 1941 году Истомин участвовал в «Выставке лучших произведений советских художников». В октябре того же года, вместе с частью студентов и преподавателей Московского художественного института уехал в эвакуацию в Самарканд. В июле 1942 года Константин Истомин умер в Самарканде.
Произведения художника хранятся в Государственной Третьяковской галерее, ГМИИ имени А.С. Пушкина, Государственном Русском музее, Киевском музее русского искусства, Государственной картинной галерее Армении, Государственном музее искусств имени И.В. Савицкого в Нукусе, Днепропетровском художественном музее, Киргизском Государственном музее изобразительных искусств, Курской областной картинной галерее, Саратовском художественном музее имени А.Н. Радищева и других собраниях.
