Sorge nel rione Monti, tra l'Esquilino e il Celio, sulla direttrice che unisce il Colosseo al Laterano.
La basilica si è sviluppata su tre livelli che si sono sovrapposti nel tempo, infatti, consta di due diversi edifici di culto sovrapposti, sotto i quali si sviluppano vasti sotterranei in cui si conservano i resti di alcune costruzioni romane di età imperiale e di un mitreo risalente al III secolo.
Una di queste costruzioni fu probabilmente la casa di Clemente, martirizzato sotto Domiziano, le cui reliquie furono conservate nella chiesa eretta in suo onore nel IV secolo e che costituisce l’attuale basilica inferiore, importante luogo di culto durante tutto il Medioevo e sede di numerosi concili ecclesiastici.
La basilica vera e propria (la superiore) fu completata nel 1123 da papa Pasquale II dopo che la basilica preesistente (la inferiore) venne gravemente danneggiata durante il sacco dei Normanni nel 1084 e quindi interrata.
Dall'ingresso principale di Piazza San Clemente si accede ad un cortile interno che precede il campanile e la facciata settecentesca opera, in stile barocco, di Carlo Stefano Fontana.
Al livello superiore vi è la basilica superiore, una delle più famose tra le chiese medievali di Roma.
L'interno, con il magnifico pavimento cosmatesco, preserva l'aspetto medievale, nonostante i diversi rimaneggiamenti dei secoli successivi come la ricca decorazione barocca operata da Carlo Stefano Fontana. La schola cantorum, ad esempio, presenta ancora le lastre di marmo risalenti al XII secolo, in parte recuperate dalla basilica inferiore.
È suddiviso in tre navate, ciascuna conclusa con un abside e divise da colonne antiche di varia provenienza. Nell'abside centrale è conservato il meraviglioso mosaico di scuola romana raffigurante l’Agnello mistico con le dodici pecorelle e il Trionfo della Croce raffigurante il Cristo crocifisso tra la vergine e S. Giovanni Evangelista.
Superba testimonianza degli interventi rinascimentali è la Cappella di Santa Caterina, in cui si trovano stupendi affreschi dipinti alla fine del secondo decennio del XV secolo, attribuiti a Masolino da Panicale, maestro di Masaccio, che forse collaborò all’opera. Le scene più importanti sono quelle della Crocifissione e delle Storie di santa Caterina.
Dalla sagrestia si scende alla basilica inferiore che presenta un ambiente a tre navate, divise da colonne, preceduto da un atrio. Entrambi gli ambiente sono decorati da affreschi.
L'atrio presenta pitture murali dell’XI secolo raffiguranti il Miracolo di san Clemente, il Trasporto del corpo di san Cirillo e san Cirillo in Gloria. Mentre la navata centrale è arricchita dall'affresco "leggenda di Sisinnio" dell’XI secolo. Dello stesso periodo sono le pitture che ornano le pareti della stessa navata.
La basilica inferiore, gravemente danneggiata durante il sacco dei Normanni, venne abbandonata e interrata per costruirvi sopra la nuova basilica. Per una scala, in fondo alla navata di sinistra, si scende al terzo livello dove si conservano i resti di edifici romani databili al I e II secolo d.C. e un mitreo del III secolo.