В сентябре 1851 г. В.О. Ключевский был зачислен в Пензенское приходское училище (1851–1856 гг.), продолжил обучение в Пензенской духовной семинарии (1856–1860 гг.), где отличной успеваемостью снискал похвалы преподавателей. В семинарии В.О. Ключевский познакомился с основными трудами крупнейших историков, филологов и юристов этого времени – Тимофея Николаевича Грановского, Сергея Михайловича Соловьёва, Фёдора Ивановича Буслаева, Константина Дмитриевича Кавелина, Бориса Николаевича Чичерина, Николая Ивановича Костомарова и др. В свободное время В.О. Ключевский зарабатывал преподаванием: готовил учеников к экзаменам в Московский университет. Не окончив семинарию, в 1861 г. В.О. Ключевский поступил на историко-филологический факультет Московского университета. Там он слушал лекции Ф.И. Буслаева (по истории русской литературы), Степана Васильевича Ешевского (по всеобщей истории), С.М. Соловьёва (по русской истории) и др., посещал лекции Константина Петровича Победоносцева и Б.Н. Чичерина, которые преподавали на юридическом факультете. В 1861–1863 гг. В.О. Ключевский особенно близко сошёлся с Ф.И. Буслаевым: пользовался его домашней библиотекой, под его руководством работал в Синодальной библиотеке, на его кафедре защитил реферат «Сравнительный очерк народно-религиозных воззрений». С 1863/1864 гг. В.О. Ключевский начал сближаться с С.М. Соловьёвым, под его руководством написал дипломное сочинение «Сказания иностранцев о Московском государстве» (М., 1866 г.). После окончания Московского университета по рекомендации С.М. Соловьёва В.О. Ключевский был оставлен для подготовки к профессорскому званию на кафедре русской истории. Под руководством С.М. Соловьёва В.О. Ключевский трудился над магистерской диссертацией «Древнерусские жития святых как исторический источник» (1871 г.), которую защитил в Московском университете в 1872 г. (по мнению исследователей, тему диссертации В.О. Ключевский избрал под влиянием Ф.И. Буслаева; впрочем, С.М. Соловьёв также активно привлекал агиографический материал к написанию «Истории России...», использовав не меньше сорока Житий святых). При подготовке магистерской диссертации В.О. Ключевский работал в основных архивохранилищах, содержащих славяно-русские списки Житий святых: в библиотеках Синодальной, Румянцевского музея, Императорской Публичной (главным образом, с рукописями собрания Михаила Петровича Погодина). Также получил доступ к богатым рукописным коллекциям Елпидифора Васильевича Барсова, Николая Саввича Тихонравова, Алексея Сергеевича Уварова и Вукола Михайловича Ундольского. Кроме того, В.О. Ключевский работал в библиотеке Казанской духовной академии, в которой в те годы находилось собрание рукописей Соловецкого в честь Преображения Господня мужского монастыря. В.О. Ключевский неоднократно ездил и в Троицкую лавру, изучал троицкие и волоколамские рукописи в библиотеке Московской духовной академии. В 1879 г., после смерти С.М. Соловьёва, В.О. Ключевский занял кафедру русской истории Московского университета, на которой преподавал в должности сначала доцента, а затем – профессора (с 1882 г. – экстраординарного, с 1885 г. – ординарного).