Poco dopo la laurea al Conservatorio di Parigi, Clémentine Margaine viene nominata "révélation classique" e riceve il Premio Speciale della Giuria al Concorso Internazionale di Marmande. Successivamente entra a far parte dell'ensemble della Deutsche Oper di Berlino, dove debutta interpretando il personaggio principale in Carmen di Bizet, ruolo per il quale è nota a livello internazionale e che interpreta anche a New York, Monaco, Roma, Napoli, Washington, Dallas, e Toronto. È Marguerite nella nuova produzione de La Damnation de Faust di Berlioz e Dalila in Samson et Dalila di Saint-Saëns alla Deutsche Oper di Berlino; nel 2015 debutta al Teatro Colón di Buenos Aires come Charlotte in Werther di Massenet.

Considerata uno dei mezzosoprani più importanti della sua generazione, si esibisce in teatri quali Metropolitan Opera di New York, Opéra national de Paris, Deutsche Oper di Berlino, Bayerische Staatsoper di Monaco, Teatro Colón, Opera di Roma, Grand Théâtre di Ginevra, San Carlo di Napoli, Opera Australia e Canadian Opera Company.

Nella stagione 2017/18 debutta come Fidès ne Le Prophète di Meyerbeer alla Deutsche Oper di Berlino e come Amneris in Aida di Verdi con Opera Australia; nel ruolo di Léonor ne La Favorite di Donizetti al Gran Teatre del Liceu di Barcellona; come protagonista in Carmen di Bizet al Théâtre du Capitole di Tolosa. Nel 2018 debutta alla Carnegie Hall con la Chicago Symphony Orchestra guidata da Riccardo Muti, parte di un tour della East Coast di cinque città e otto concerti con l'ensemble.

Nel 2018/19 interpreta Carmen al Metropolitan e Dulcinée in Don Quichotte di Massenet alla Deutsche Oper di Berlino.

Nel 2019/20 si esibisce in concerto alla Elbphilharmonie di Amburgo e alla Tchaikovsky Concert Hall di Mosca con un programma di repertorio operistico; canta nel ruolo di Amneris in Aida di Verdi al Liceu di Barcellona, come Fidès ne Le Prophète alla Deutsche Oper di Berlino, dopodiché è ancora Amneris con la Canadian Opera Company. Quindi interpreta Poème de l'amour et de la mer di Chausson all'Auditorium di Radio France a Parigi e si unisce a Jonas Kaufmann per un tour europeo di concerti a Bruxelles, Parigi e Bordeaux. Successivamente è Carmen al Liceu di Barcellona e al San Carlo di Napoli.

Attiva anche come solista, canta Elias di Mendelssohn a Berlino, il Requiem di Mozart a Lisbona e la Messa da Requiem di Verdi a Budapest.

Debutta all’Arena di Verona nel 2021 come solista nella Messa da Requiem di Verdi; torna nel 2022 nel ruolo principale in Carmen, come Amneris in Aida, e come solista nel gala Domingo in Verdi Opera Night.

In occasione del 100° Opera Festival 2023 interpreta Amneris in Aida e il ruolo del titolo in Carmen.

Biografia aggiornata a Giugno 2023