Фамилия Ключарев (встречается и вариант Ключарёв) образована от прозвища Ключар. В основе лежит слово «ключ» — не только как предмет для запирания, но и в переносном, бытовом смысле. Ключарем в старину называли человека, который заведовал продовольственными запасами в доме или хозяйстве и носил при себе связку ключей от кладовых и амбаров. Это «профессиональное» прозвище: оно прямо указывает на род занятий предка, его должность или доверенную роль в семье или общине.

В русской ономастике суффикс -ев (или -ёв) в фамилиях указывает на принадлежность: Ключарев буквально означает «сын Ключаря» или «из рода Ключара». Такая модель типична для фамилий, возникших от прозвищ и мирских имён в XV–XVII веках.

Встречается и другая, менее распространённая версия: что прозвище Ключар могли дать человеку, жившему у родника или ключа (водяного источника). Названия Ключи и Ключевское очень часты в российской топонимике, и фамилия могла закрепиться за выходцем из такого места. Однако эта гипотеза слабее: прозвище Ключар от «ключа-родника» не зафиксировано в словарях русских прозвищ, тогда как «ключник» (должностное лицо) — хорошо известный термин.

О точном времени и месте возникновения фамилии Ключарев говорить сложно: процесс закрепления фамилий шёл неравномерно, и разные ветви одного прозвища могли появиться независимо в разных регионах. В документах XVII–XVIII веков встречаются отдельные упоминания ключарей — служителей при монастырских и боярских хозяйствах, но массово фамилия стала распространяться после отмены крепостного права.

Фамилия нередко писалась через «ё» (Ключарёв), что отражает произношение в ряде говоров. В современном русском языке оба варианта считаются равноправными, хотя в паспортной практике чаще встречается написание через «е».