Colaborador asiduo del Boletín de la Institución Libre de Enseñanza, en su labor como pedagogo contribuyó a modernizar la formación de maestros y profesores. Pero si en esta área su labor dio sus frutos en una generación particularmente bien preparada, que intentó poner a España a la altura de otros países europeos, en su tarea como divulgador de la Historia del Arte tuvo en algunos aspectos escasa difusión. Por ejemplo, su obra fundamental Historia de la pintura española apareció sepultada dentro de una enciclopedia, lo que muestra la poca estima que todavía se tenía en el país a sus grandes tesoros culturales. Obtuvo una mayor resonancia con El Greco (1908), una de las primeras reivindicaciones modernas del pintor y un estudio incomparable de su obra, de la que realizó el primer catálogo exhaustivo, convirtiéndose instantáneamente en el título de referencia sobre este artista.

Cossío fue también profesor en el Ateneo, donde ejerció como presidente de la Sección de Arte; presidente del Patronato de las Misiones Pedagógicas, desde las que fomentó el estudio de las artes populares; profesor de Criminología, defendiendo el valor de la educación para evitar el delito, en la línea de Concepción Arenal; y diputado republicano-socialista, aunque no llegó a asumir el escaño por enfermedad.