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 au TNP, à Paris et dans toute la France. Elle est, entre autres, Mademoiselle Julie avec Wladimir Yordanoff dans la pièce éponyme d'August Strindberg au 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 par la suite sous la direction de 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... Elle joue dans de nombreux court-métrages, en français et en anglais, pour lesquels elle reçoit plusieurs prix d'interprétation.

A la télévision, elle joue différents types de rôles dans de nombreuses séries : Mytho, Visions, Les Revenants, Bardot, Insoupçonnable, Chérif, Interpol, Esprit d’hiver, 66-5... Elle incarne 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 syndrôme de Münchhausen par procuration.