Fille de Louis-Philippe d'Orléans et de Marie-Amélie de Bourbon-Siciles, elle naît en 1817 à Neuilly, alors que sa famille vient de rentrer d'Angleterre, après un exil de deux ans. Elle vient après 5 autres enfants : Ferdinand, Louise, Marie, Louis et Françoise. Quatre autres garçons viendront encore compléter la famille : François, Charles, Henri et Antoine. Clémentine grandit dans une famille unie et affectueuse, où les filles comptent autant que les garçons. Ces derniers vont au collège avec des fils de la haute bourgeoisie ce qui scandalise le vieux roi Louis XVIII. Les princesses Louise, Marie et Clémentine sont élevées par des gouvernantes, mais aussi par des précepteurs, qui développent leurs talents : le dessin pour Louise, la sculpture pour Marie et l'histoire pour Clem. Elle est très proche de François, prince de Joinville, son cadet de 1 an. Sa mère et son père veillent aussi personnellement sur leurs enfants, Amélie se réservant la religion, Louis-Philippe l'histoire.

Charles X, successeur de Louis XVIII, dit un jour que Clem devrait devenir reine. Toute sa vie, la princesse cherchera à se hisser. En 1830, révolution et changement de statut : Clem devient fille du roi Louis-Philippe Ier. En 1832 sa soeur Louise épouse le roi des Belges, Léopold Ier. En 1837 Ferdinand épouse Hélène de Mecklembourg, Marie épouse Alexandre de Wurtemberg, en 1840 Louis, duc de Nemours épouse Victoire de Saxe-Cobourg. Clem est grande et souhaite fuir le célibat. Lors du mariage de Nemours, elle remarque le frère de Victoire, Auguste de Saxe-Cobourg, neveu de son beau-frère Léopold. Le jeune homme est séduisant, jeune, catholique (ce qui réjouit la pieuse Amélie), fils de Ferdinand de Saxe-Cobourg et d'Antoinette de Kohary, riche héritière hongroise. Pourtant le roi Louis-Philippe n'est pas pressé de marier sa fille cadette.

En 1842 la mort accidentelle de Ferdinand remet tout en question : la famille prend le deuil, le roi et la reine sont effondrés, les enfants Orléans ont perdu leur chef, l'âme de la famille. Mais les négociations pour le mariage continuent et en 1843, Clem épouse Auguste. La jeune femme, amoureuse de son époux, part visiter l'Europe : le Portugal, où règne Maria II, l'épouse du frère d'Auguste, Ferdinand ; l'Angleterre, où règne la cousine de son époux, Victoria Ière ; et enfin l'Autriche, pays de son époux. Ils visitent aussi l'Allemagne, la ville de Gotha, pays natal des Cobourg. Clem a intégré une famille qui règne sur l'Europe. Elle revient en France pour y mettre ses enfants au monde : Philippe (1844-1921), Auguste (1845-1907), Clotilde (1846-1927), Amélie (1848-1894) et Ferdinand (1861-1948). Le couple est uni et heureux, Clem étant la tête de la famille. Elle s'occupe beaucoup de ses enfants, les entoure d'amour, surveille de près leur éducation. Auguste chasse, s'occupe des terres de sa famille en Hongrie.

En 1848, les Orléans sont chassés de France, l'ex-roi trouvant refuge en Angleterre avec son épouse et ses enfants. Clémentine doit partir pour Vienne. Elle ne s'entend pas très bien avec ses beaux-parents. Elle aime beaucoup aller en Hongrie, sur les terres de son mari. En 1850 elle a le chagrin de perdre sa soeur Louise, reine des Belges, ainsi que son père. Clem entretient une correspondance régulière et abondante avec les membres de sa famille, aux quatre coins de l'Europe. Très intelligente, elle s'intéresse à tout : art, économie, peinture, musique, politique ... Son beau-père meurt en 1851, et Auguste devient donc l'héritier de toutes les possessions des Kohary. Clem n'approuve pas la vie de son jeune beau-frère, Léopold de Saxe-Cobourg, qui vit le grand amour avec une jeune et belle roturière. Elle critique aussi le mode de vie de sa belle-mère, qui, bien que veuve, sort beaucoup au théâtre le soir.

Ses enfants font des brillants mariages : Philippe épouse Louise de Belgique, fille aînée du roi Léopold II (neveu de Clem) ; Auguste épouse Léopoldine du Brésil, fille de l'empereur Pierre II ; Clotilde épouse Joseph d'Autriche, frère de la reine des Belges ; Amélie épouse Maximilien en Bavière, frère de l'impératrice d'Autriche, la belle Sissi ... Clem est très fière de ces unions brillantes. Elle s'occupe alors beaucoup de son dernier fils, Ferdinand, à qui elle passe tous ses caprices. En 1881 elle a le chagrin de perdre son époux. En 1886 elle manoeuvre pour faire élire Ferdinand comme roi de Bulgarie.

Dans sa descendance, elle connaît des soucis : le ménage de Philippe bat de l'aile, sa femme Louise ayant des amants ; Auguste a la tristesse de perdre sa jeune épouse en 1871 ; leurs quatre enfants sont séparés : deux restent au Brésil, deux restent à Vienne. L'aîné des petits-fils brésiliens de Clem deviendra fou, un autre mourra jeune, à 18 ans. Clem a la douleur de perdre son gendre Max en 1893 et sa fille chérie, Amélie en 1894. En revanche le ménage de Clotilde est exemplaire, leurs enfants font la joie de Clem. Elle organise le mariage de Ferdinand avec la princesse Marie-Louise de Parme : le couple ne s'entend guère, compte tenu de la bisexualité du prince ! La malheureuse Marie-Louise meurt en 1899. Clem est très aimée en Bulgarie. La princesse meurt à Vienne, à l'âge de 90 ans, après une existence bien chargée.