Son père, violoniste des Vingt-Quatre Violons du Roy lui enseigne la musique. Puis le jeune Clérambault apprend l'orgue avec Louis Raison ; Jean Baptiste Moreau l'initie à la composition.

Publication de son Livre d'orgue en 1710, il est alors organiste de l'église des Jacobins, rue Saint-Jacques. Publication de son vivant du Livre de pièces de clavecin.

1715, année de la mort de Louis XIV, la cour se déplace de Versailles à Paris, Clérambault prend la succession du compositeur et organiste Guillaume Gabriel Nivers à Saint-Sulpice. Il est promu organiste et compositeur à Saint-Cyr chez les Demoiselles de Maintenon.

Clérambault compose avec talent des cantates pour les Demoiselles de Saint-Cyr, il est l'un des premiers à utiliser la forme française de ce genre.

La cantate française s'apparente à un opéra de poche avec accompagnement de clavecin et basse, et occasionnellement un violon ou une flûte solo, le sujet en est le plus souvent mythologique.

Le compositeur écrira vingt-sept cantates, Orphée, Médée, Les Forges de Vulcain qui sont jouées au Concert Spirituel créé en 1725 à Paris. Il compose également des cantates scéniques pour la Cour, Le Soleil vainqueur (1721), Le Départ du roi (1745).

On connaît peu de choses de la vie de Clérambault, bon époux, bon père, d'un tempérament heureux mais de santé fragile ; il habite rue du Four à Saint-Germain des Prés, ses voisins proches sont Campra et Marc-Antoine Charpentier.

Rameau et Boismortier font partie de ses contemporains. Deux de ses fils, César et Evrard seront compositeurs et organistes.

L'année 1998 voit le compositeur au faîte de sa gloire avec les Journées Clérambault au Centre de Musique Baroque de Versailles avec des œuvres non enregistrées : deux de ses opéras Le Triomphe d'Iris et Le Temple d'Isis, ses Grands Motets pour Saint-Sulpice et encore la cantate Abraham dédiée à Madame de Maintenon.

Le Centre de Musique Baroque a également procédé à l'édition d'une bonne partie de ses compositions vocales.

L'Ensemble Emmanuel Mandrin et les Demoiselles de Saint-Cyr sont pour beaucoup dans le regain d'intérêt porté à ce compositeur depuis quelques années. Faute de moyens suffisants, cet ensemble n'existe plus depuis septembre 1998.

Leur disque, Champs et Motets à l'usage de Saint-Cyr, est en réédition chez Virgin.

En novembre 1998 est paru chez Fayard la monographie de Louis-Nicolas Clérambault par Catherine Cessac, avec une bibliographie, un double index et le premier catalogue complet des œuvres de Louis-Nicolas Clérambault.