По окончании аспирантуры в Санкт-Петербургском государственном университете Василий долгое время работал в Европе преподавателем и научным сотрудником в таких областях науки как нейроэкономика, социальная и когнитивная нейробиология, нейрофизиология эмоций. 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). В 2013 году Василий Ключарев был приглашен занять пост декана факультета психологии в ВШЭ и в настоящее время работает в Москве. С 2018 года является директором Института когнитивных нейронаук НИУ ВШЭ.
Василий Ключарев – профессор, член профессионального международного сообщества Society for Neuroeconomics и Society for Neuroscience, эксперт в сфере нейробиологии принятия решений.