Фамилия Клемичев — типичный пример русской фамилии, образованной с помощью патронимического суффикса -ев. Этот суффикс присоединяли к основам, оканчивающимся на мягкий согласный или на -й. В основе фамилии лежит имя или прозвище Клемич, а оно, в свою очередь, восходит к крестильному имени Клементий (в просторечии Клем). Имя Клементий (от латинского clemens — «милостивый», «снисходительный») было распространено на Руси, но чаще встречалось в форме Клим. Форма Клемич — это производная, уменьшительная, с характерным для русской народной традиции суффиксом -ич. Таким образом, Клемичев буквально означает «сын Клемича» или «потомок Клемича».

Отличие этой фамилии от более частотных Климов или Клементьев в том, что она образована не напрямую от полной или краткой формы имени, а от промежуточной — отчества или прозвища Клемич. Такие фамилии встречаются реже. В старину отчества на -ич (Иванович, Петрович) считались более почетными, чем на -ов, но в основе фамилии Клемичев лежит именно прозвищная форма, а не отчество в дворянском понимании. Скорее всего, родоначальника звали Клемичем в обиходе, а его сыновей уже записали как Клемичевы.

Географически фамилия тяготеет к центральным и северным областям России, где имя Клементий бытовало в диалектных формах. Встречается она и в старых писцовых книгах, но не массово. Социально носители фамилии, как правило, были крестьянами или посадскими людьми, реже — духовенством. В среде духовенства фамилии чаще образовывали от полных церковных форм, поэтому Клемичев — признак скорее мирской, народной среды.

Если рассматривать версию прозвищного происхождения, то маловероятно, что основа Клемич связана с каким-либо ремеслом или занятием. Имя здесь первично. Споров среди ономастов по этой фамилии нет: все сходятся на том, что это патроним от уменьшительной формы канонического имени Клементий.