Родился 28 апреля 1972 года. В 1994 году окончил Биолого-почвенный факультет Санкт-Петербургского университета по специальности «Физиология».
В 2000 году защитил кандидатскую диссертацию на тему «Нейрофизиологические корреляты процессов восприятия эмоциогенных характеристик зрительных стимулов у человека» под руководством академика Н. П. Бехтеревой.
По окончанию аспирантуры с 2000 до 2013 года жил и работал в Европе. В 2000–2004 годах Василий Ключарев занимался исследовательской деятельностью в Университете технологий города Хельсинки (Финляндия), в 2004–2009 - в Институте Мозга, Сознания и Поведения и Исследовательском Институте Менеджмента в Нидерландах, в 2009–2013 - в Университете города Базеля (Швейцария). Под руководством Василия Ключарева несколько российских и европейских студентов защитили дипломные и диссертационные работы.
В 2013 году Василий Ключарев был приглашен занять пост декана факультета психологии в ВШЭ и в настоящее время работает в Москве.
Основная сфера научных интересов — нейроэкономика (нейробиология принятия решений), в частности, нейробиологические исследования конформности. Ключарёв разработал экспериментальную парадигму для исследований конформизма, в рамках которой испытуемого просят оценить привлекательность человеческих лиц, а затем сообщают ему, как привлекательность этих лиц якобы оценили другие участники экспериментов. Ключарёв и его коллеги показали, что в случае рассогласования между выбором испытуемого и предложенной ему оценкой других участников у испытуемого снижается активность прилежащего ядра — зоны мозга, играющей ключевую роль в работе системы вознаграждения. В дальнейшем исследовательская группа, возглавляемая Ключаревым, также продемонстрировала, что существует возможность снизить чувствительность человека к социальным влияниям посредством транскраниальной магнитной стимуляции задней медиальной фронтальной коры.
Исследования Василия Ключарёва часто становятся предметом интереса российских и зарубежных научных журналистов.
Ключарев - член профессионального международного сообщества Society for Neuroeconomics и Society for Neuroscience, признанный коллегами авторитет в сфере нейробиологии принятия решений, имеет несколько десятков публикаций, рецензирует статьи для таких международных журналов как Psychological Science, Neuron, Human Brain Mapping и др
Василий Ключарёв — автор курса лекций по нейроэкономике на платформе Coursera. Регулярно выступает с научно-популярными лекциями по нейроэкономике в Москве и других городах России, а также дает интервью различным СМИ по вопросам, связанным с нейроэкономическими исследованиями.
Постоянный автор проекта «Постнаука». Эксперт телевизионных шоу «Удивительные люди» и «Золото нации» на канале «Россия-1».
