Su padre, violinista de la corte, fue presumiblemente quien le ofreció desde pequeño su primera instrucción como violinista y clavicordista. Estudió órgano con André Raison, y sería este instrumento por el que Clérambault iba a destacar. También estudió composición y voz. Se convirtió en uno de los mayores instrumentistas de la época, desde 1719 ocupó diversos puestos en San Sulpicio y los Jacobinos. Clérambault se hizo organista de la iglesia de los Grands-Augustins.

Edición discográfica de obras de Louiis Nicholas Clérambault

Sus cantatas profanas de cámara, sus trabajos más importantes, son admiradas por su gracia y sentimiento. Llevó la cantata a la prominencia en Francia durante su servicio a Madame de Maintenon, la amante de mucho tiempo de Luis XIV. Adaptando el que había sido un género exclusivamente italiano a sus propios fines, Clérambault mantuvo el contorno básico formal de alternar recitativos y arias, infundiendo sobre todo el antiguo de giros melódicos conmovedores, declamación sumamente recargada, y frecuentes obligatos instrumentales.

Con su virtuoso despliegue, tanto para la voz como para el conjunto acompañante, “Médée” está entre sus trabajos más hermosos del género. Aunque en realidad no sea derramada ninguna sangre en esta cantata, las intenciones vengativas de Medea contra Jason y sus niños se muestran claramente. Después de la muerte de Louis XIV y de Nivers, sucedió a este último en el órgano de la iglesia de Saint-Sulpice y en la casa real de San-Cyr, una institución para muchachas jóvenes de la nobleza pobre. Fue allí responsable de la música, el órgano, diector de cantos y coro, etc. Fue en este cargo (permaneció en él después de la muerte de Madame de Maintenon) que  desarrolló el género de la "cantata francesa" de la que era el maestro indiscutido. En 1719 sucedió a su maestro André Raison en el órgano de la iglesia de los  Grands-Jacobins.

Sus importantes obras publicadas incluyen un gran número de piezas religiosas con cantos y coros, (motetes, himnos, Magnificat, Te Deum, etc.); más de 25 cantatas seculares sobre temas inspiradas a menudo por mitos Grecorromanos; sonatas para violín y bajo continuo; un libro de piezas de baile para clavicordio (1704) en que adoptó la tradición del preludio infinito; un libro de piezas para órgano en dos colecciones (1710) en las que el encanto melódico supera al espíritu religioso. Estas dos colecciones parecían destinadas a empezar un ciclo de piezas en todas las llaves, pero Clérambault nunca completó el ciclo. Dos de sus hijos también fueron músicos.