Diplomado em Medicina em 1910, Costa Lima iniciou sua carreira científica em Manguinhos em 1913.

Colaborou no combate a febre amarela no estado do Pará, na comissão formada por Oswaldo Cruz.

A entomologia foi a área de maior dedicação, cujas pesquisas aprofundaram o estudo sobre a bionomia dos culicídeos. Costa Lima também estudou peixes larvófagos. Estes dois campos o levaram aos trabalhos sobre respiração das larvas dos culicídeos.

No campo da entomologia estudou sobretudo os anofelinos, flebotomíneos, cimicídeos, sifonápteros e triatomíneos. Parte de sua obra está condensada no catálogo dos insetos que vivem nas plantas do Brasil.

Contudo, sua mais importante contribuição aos estudos da entomologia está consolidada no tratado intitulado "Insectos do Brasil".