Née à Lyon, après un bac scientifique et trois ans de classe préparatoire littéraire, Clémentine Verdier a suivi la formation d'art dramatique de l’Ecole Nationale Supérieure des Arts et Techniques du Théâtre (ENSATT).

Elle démarre sa carrière au théâtre dans la troupe du Théâtre National Populaire dirigé par Christian Schiaretti et joue dans de nombreuses pièces classiques et contemporaines. Elle est, entre autres, Mademoiselle Julie avec Wladimir Yordanoff dans la pièce d'August Strindberg (Théâtre National de la Colline), Ysé dans Partage de Midi de Paul Claudel, Phocion dans Le Triomphe de l'Amour de Marivaux et Héléna dans Le Songe d'une nuit d'été. Elle joue dans les spectacles de Christian Schiaretti, Brigitte Jaques-Wajeman, Galin Stoev, Michel Raskine, Guy Pierre Couleau, Julie Brochen, Elisabeth Macocco, Louise Vignaud, Marc Lainé...

Au cinéma, on peut la retrouver dans K.O. de Fabrice Gobert, Placés de Nessim Chikhaoui, Les Volets verts de Jean Becker, Les Gendarmes de François Prévôt Leygonie et Stéphan Archinard, et dans des long-métrages indépendants comme Des Voix de François Szabowski et Pourtant je l'aime de Fouzia Kubrick.

Elle joue dans de nombreux court-métrages, en français et en anglais, pour lesquels elle reçoit plusieurs prix d'interprétation.

A la télévision, on la retrouve dans des rôles très différents dans Mytho, Visions, Les Revenants, Bardot, Insoupçonnable, Chérif, Interpol, Joséphine, ange gardien, Esprit d’hiver, 66-5, Enquêtes en famille, etc...

Elle incarne notamment sur deux saisons la femme politique Virginie Tellier dans la série militante Les Engagés et a été le personnage central d'une arche de Demain nous appartient, Laetitia Lefranc, une femme atteinte du syndrome de Münchhausen par procuration. Elle est la (fausse) productrice d'Eric Judor dans sa série Prime Video, Tout simplement fan, mêlant fiction et réalité, et tient le rôle central de Jane dans l'épisode en anglais de la série Lost Media sur Canal + réalisée par Lucas Pastor et Timothée Hochet. Elle a aussi joué une consule allemande dans la série Face à face sous la direction de Nolwenn Lemesle.