Клеман вивчав архітектуру у Школі красних мистецтв, але зацікавився анімаційним кіно і в 1936 року зняв короткометражний фільм з Жаком Таті в головній ролі. У передвоєнні роки знімав рекламні ролики, брав участь в русі Опору.
Тема війни займала провідне місце у творчості Клемана, починаючи з його перших повнометражних фільмів, відмічених впливом італійського неореалізму, — «Битва на рейках» (1946, Приз за найкращу режисуру Каннського кінофестивалю) і «Біля стін Малапаги» (1949, премія «Оскар» і Приз за найкращу режисуру Каннського МКФ). Знову повернувся до неї Клеман у своєму найзначнішому творі — проникливій розповіді про військові будні дітей «Заборонені ігри» (1952, «Золотий лев», премія «Оскар», премія «BAFTA»).
У 1956 році Клеман під назвою «Жервеза» екранізував роман Золя «Пастка»; фільм було удостоєно «Золотого лева» на Венеційському фестивалі. Не менш доброзичливі відгуки отримав його трилер «На яскравому сонці» (1960), з якого розпочалася зоряна кар'єра Алена Делона.
Проте найамбітніший проект Клемана 1960-х рр., епічна фреска про звільнення французької столиці «Чи горить Париж?» (1966) залишив байдужими і глядачів, і критиків, незважаючи на суперзірковий акторський склад і сценарій, над яким працювали Гор Відал і Френсіс Форд Коппола.
Розчарований касовими невдачами і негативними відгуками критиків, Клеман в 62-річному віці завершив свою кінокар'єру і оселився в Мантоні на Французькій Рив'єрі. Його останніми кінострічками були екранізації детективів Себастьяна Жапрізо; з їх числа «Пасажир дощу» (1969) отримав премію «Золотий глобус» як найкращий фільм іноземною мовою.