Название улицы связано с имевшимися здесь родниками воды (ключами), эти ключи считались дальними, в отличие от ключей на Обрубе — ближних, и ключей на пересечении Подгорной Болотной улицы (ныне — Загорной) с Карповским переулком — средних.
Улица располагается в историческом районе Пески и сформировалась в конце XVIII века как путь к северному выезду из города. Вероятно, она появилась непосредственно в связи с возникновением здесь в 1770-1780-х годах Вознесенского кладбища, которое располагалось по чётной стороне улицы перед пересечением с Иркутским трактом на месте современного завода «Сибкабель». В 1787 году на кладбище была освящена деревянная Вознесенская церковь, после пожара была перестроена в камне по проекту архитектора П.В. Раевского в 1810 году.[1] На кладбище были похоронены многие известные жители Томска — чета Цибульских, Ф. Пушников, П. Вытнов, А. Пастухов, И. Еренев, художник П. Кошаров, писатель Валентин Курицын, написавший роман «Томские трущобы».
С другой стороны улица примыкает к району Каштак, названному по одноименной горе, где также протекали родники с питьевой водой — в XIX веке живописный лес на возвышенности служил для воскресного отдыха горожан.[2] В наши дни здесь находится берёзовая роща, которая имеет статус ООПТ местного значения.[3]
В очистке и обустройстве Дальнего ключа принимал участие приехавший в 1817 году в Томск будущий декабрист Г. Н. Батеньков.[4] В 1895 году для охраны ключа над ним возвели часовню, использовав павильон, построенный на Иркутском тракте в связи с посещением Томска цесаревичем Николаем в 1891 года.
Ещё в 1830-х годах при разработке томских градостроительных планов планировалось устройство городского бульварного кольца по нынешним проспекту Кирова, Комсомольскому проспекту и Дальне-Ключевской улице, в связи с чем последняя на планах 1840-х годов именовалась Бульварной.
В конце XIX века ключи находились в плачевном состоянии: рядом, на заимке Кухтерина, располагались кожевенный и овчинный заводы, а также кожевенный завод Б. Л. Фуксмана, мыловаренное производство и баня Шубина — отходы от производств вкупе с нечистотами из Страшного рва под горой Каштак загрязняли воду. Неблагоприятные условия сказывались критически на здоровье населения: уровень кишечно-инфекционных заболеваний в этом районе был самым высоким в городе.[4]