Фамилия Клейменычев образована по редкой для русских фамилий модели — от отчества с суффиксом -ычев. Обычно мы встречаем суффикс -ев (Иванов, Петров), но -ычев указывает на ещё более древнюю, патронимическую форму: «чей?» — «Клейменычев», то есть «сын Клейменого». Такое словообразование характерно для северных и центральных областей России, где в XVI–XVII веках активно бытовали прозвищные отчества.

Основа фамилии — прозвище Клейменый. В русском языке «клеймо» — это знак, тавро, которое ставили на товар, скот или рабов. Соответственно, клейменым могли назвать человека, имевшего на теле заметную отметину: родимое пятно, шрам, татуировку (в старину — от наказания). Однако есть и другая, более вероятная версия: прозвище могло относиться к ремесленнику, который ставил клейма на продукцию — бочки, сукно, металлические изделия. Такой человек был своего рода контролёром качества или мастером-маркировщиком.

В отличие от распространённых фамилий Клейменов и Клеймёнов, форма Клейменычев встречается заметно реже. Это говорит о том, что родоначальник, скорее всего, жил в местности, где сохранялась архаичная модель образования отчеств. Сословно фамилия не закреплена — её могли носить как крестьяне, так и посадские люди, особенно если предок был связан с ремеслом или торговлей.

Если обратиться к ономастическим справочникам, фамилия не фиксируется в боярских или дворянских родословных книгах, но встречается в переписных книгах XVII–XVIII веков по Замосковному краю и Поволжью. Современные носители фамилии чаще всего живут в Нижегородской, Кировской областях и Удмуртии.