Университетское образование получил в Берлине, занимал кафедру физики в цюрихских артиллерийской и политехнической школах (1855 г.). Профессором университета состоял с 1857 года в Цюрихе, в 1867 г. перешёл в Вюрцбург и, наконец, с 1869 г. был профессором в Бонне.
19 мая 1865 г., за научные исследования, был избран членом-корреспондентом французской академии наук (секция механики).
Славу Клаузиусу создали его работы по теоретической термодинамике, до него бывшей в младенческом периоде развития; лишь благодаря трудам Клаузиуса, одновременно с работами Джоуля, Гельмгольца и Ренкина, термодинамика получила окончательную разработку. Так, им были усовершенствованы аналитические доказательства и, что особенно важно, Клаузиус предложил одну из формулировок второго начала термодинамики, известную сейчас как формулировка Клаузиуса. Клаузиус доказал и несколько новых теорем в механической теории тепла, которые носят его имя. Им же было введено понятие энтропии.
Благодаря ясности изложения Клаузиуса механическая теория тепла в самом начале своего развития стала применяться к объяснению явлений из совершенно другой области научного знания. Так, в 1867 г. устанавливается аналогия между испарением и разложением химических соединений.
Кроме указанных исследований, Клаузиус известен также работами по упругости тел, по оптике и динамическому электричеству.
Труды К. по механической теории тепла появлялись в форме мемуаров в «Poggendorffs Annalen» (1848—62) и собраны в классическом «Abhandlung ?ber die mechanische W?rmetheorie» (Braunschweig, 1864—67, 2 т.; последнее издание в 1887 г.).
Мемуары, касающиеся других областей физики и математики, Клаузиус печатал во многих журналах:
Отдельно опубликованы: