Фамилия Клементьев образована от канонического мужского имени Климентий (церковная форма — Клемент). В переводе с греческого это имя означает «милостивый» или, по другой версии, «виноградная лоза». В русской народной традиции имя иногда звучало как Клементий, а полная церковная форма с ударением на втором слоге — Климентий — дала фамилию именно в написании через «е»: Клементьев.

Суффикс -ев указывает на типичную модель русских фамилий, образованных от основ, оканчивающихся на мягкий согласный. Фамилия означает «сын Клементия» или «потомок Клементия». В старину полное имя Климентий носили довольно часто, особенно в среде духовенства и посадских людей, поэтому фамилия распространена повсеместно, но заметно чаще встречается в северных и центральных губерниях России.

Интересная деталь: в отличие от фамилии Климентов (от той же основы, но с сохранением ударения на «и»), форма Клементьев отражает народное произношение, где безударное «и» перешло в «е». Это не ошибка написания, а живой процесс адаптации церковного имени в бытовой речи. Поэтому Клементьевых исторически больше, чем Климентовых, — фамилия «обрусела» раньше и глубже.

По сословной принадлежности предки-Клементьевы могли быть кем угодно: от крестьян и мещан до купцов и священников. В словаре Б. Унбегауна эта фамилия отнесена к числу «полуотчеств», то есть образованных от полной, а не уменьшительной формы имени. Это говорит о том, что носитель фамилии, скорее всего, не был крепостным, а принадлежал к слоям, где имя употребляли официально, без сокращений. Однако в XIX веке фамилия уже широко разошлась по всем сословиям, так что однозначно судить о происхождении конкретной ветви без генеалогического исследования нельзя.