Фамилия Климентьевы образована от церковного имени Климентий. В переводе с греческого это имя означает «милостивый», хотя существует и вторая, менее распространённая версия — «виноградная лоза». В основе фамилии лежит не полная форма имени, а его разговорный вариант Климентий, к которому добавили типичный русский суффикс принадлежности -ев. Такой суффикс указывает на прямое родство: Климентьев — это «сын Климентия» или «потомок Климентия».

Интересно, что фамилия сохранила мягкое окончание на -ьев, а не более частое -ов. Это характерно для имён, оканчивающихся на -ий: ср. Григорьев, Сильвестров. В бытовой речи XIX века имя Климентий нередко сокращали до Клим, поэтому рядом с Климентьевыми в тех же деревнях могли жить Климовы. Однако фамилия на -ьев закрепила именно полную, книжную форму имени, что может говорить о грамотности первого носителя или о связи с церковной средой.

Сословное происхождение Климентьевых неоднородно. В переписных книгах XVII–XVIII веков эта фамилия встречается и среди крестьян северных уездов (Вологодчина, Архангельская губерния), и среди мещан в центральных городах. Помещичьих крестьян с такой фамилией было меньше — имя Климентий чаще давали в семьях старообрядцев, где ценили «догреческие» имена. Это не единственная версия, но она объясняет локальную концентрацию фамилии в Заволжье.

О точном месте и времени возникновения фамилии сейчас говорить сложно: процесс формирования русских фамилий растянулся на несколько столетий, и письменные источники фиксируют Климентьевых лишь с середины XVIII века. Тем не менее, фамилия сохранила редкую огласовку и напоминание о церковнославянской традиции именования.