Родился Клемент в Сомервилле, США. После школы он закончил технический колледж Ринджа в 1939 году, а в 1943 году получил степень бакалавра астрономии в Гарвардском университете, далее степень магистра по педагогике в Бостонском университете (1946) и степень магистра по химии в Колледже Симмонса (1963). После окончания Гарварда Клемент вступил в армейский воздушный корпус и принимал участие в боевых действиях Второй Мировой войны в качестве пилота бомбардировщика Б-24, совершив 35 боевых вылетов. В 1953 переходит в военный резерв, а в 1976 в звании полковника увольняется в запас.
Первый фантастический рассказ Хола Клемента появился в кемпбелловском журнале «Astounding Science Fiction» в 1942 году, а первый роман — «Игла» — в 1949 г. Уже в первых произведениях Клемент определился с жанровой направленностью — твёрдая научная фантастика, иногда на грани научных и научно-популярных статей. В 1945 году Клемент пишет рассказ «Uncommon Sense» («Необыкновенное чувство»), за который ему впоследствии присвоят Ретро-Хьюго (1996). В 1953 году на страницах того же «Astounding Science Fiction» появился наиболее известный роман Клемента «Экспедиция «Тяготение»», давший начало Месклинитскому циклу произведений автора.
После войны Хол Клемент поселился в Милтоне и вплоть до 1987 года работал преподавателем в средней школе и в Милтонской академии. Женился Клемент в 1952 году на Мэри Элизабет Майерс. Он оставил после себя двух сыновей (Джордж Клемент и Ричард Майерс) и дочку Кристину Хенсел.
Всего Клемент написал около полутора десятков романов и полсотни повестей и рассказов. 1 мая 1999 года в Питтсбурге ему было присвоено почётное звание «Великий Мастер» премии «Небьюла». Также он дважды был удостоен премии Skylark (1969 и 1997 гг.), присуждаемой за вклад в развитие фантастики.
Хол Клемент умер во сне ранним утром 29 октября 2003 года.