Храм Казанской иконы Божией Матери в селе Ключарёво был построен в 1863 году на средства местных прихожан и помещиков. Здание возведено в традициях русской храмовой архитектуры XIX века с элементами классицизма. Храм однопрестольный, с колокольней, соединённой с основным объёмом трапезной частью.
В 1872 году при храме была открыта церковно-приходская школа, в которой обучались дети из окрестных деревень. Школа содержалась на средства прихода и помещичьих пожертвований. В 1890 году храм был расширен за счёт пристройки дополнительного помещения для ризницы.
В 1937 году храм был закрыт советскими властями, здание использовалось как складское помещение. Часть церковного имущества была утрачена, внутреннее убранство значительно пострадало. Колокольня была частично разрушена в 1941 году.
В 1946 году храм был возвращён верующим, начались восстановительные работы. Реставрация проводилась силами прихожан и завершилась к 1950 году. В 1952 году храм вновь освятили, богослужения возобновились в полном объёме.
В 1980-х годах проводилась реконструкция фасадов и ремонт кровли. В 2003 году к 140-летию храма была восстановлена колокольня в первоначальных формах. В 2010 году проведена реставрация настенных росписей, сохранившихся с дореволюционного периода.
Архивные документы свидетельствуют, что в храме находился местночтимый список Казанской иконы Божией Матери, датированный 1840-ми годами. В настоящее время икона находится в церковном иконостасе.