1847-ci ildə anadan olmuşdur. Samara və Qazan şəhərlərində liseyi bitirmişdir. Qazan və Peterburq universitetlərində oxumuşsa da, 1873-cü ildə universiteti tərk etmişdir. Qeyriqanuni işlərə qarışan Klements bir müddət ölkə xaricində qalmalı olmuşdur. 1879-cu ildə "Zemlja i volja" jurnalının yazarlar cəmiyyətində fəaliyyətini davam etdirmiş, ancaq həbs olunaraq Minusinskə sürgünə göndərilmişdir. Sibirdə uzun müddət geologiya, arxeologiya, etnoqrafiya və tarixlə məşğul olmuş bir çox elmi gəzintilərə qoşulmuşdur. Nəhayət, 1890-cı ildə İrkutskda məskunlaşmışdır. Rusiya Coğrafiya Dərnəyinin Şərqi Sibir şöbəsində üzv olaraq işə başlayan Klements elmi-araşdırma qrupunun bir çox işlərində iştirak etmişdir. Klements N. M. Yadrintsevin Orxon çayı ətrafında əski türk abidələrini üzə çıxarmasından sonra Rusiya Elmlər Akademiyasının yaratdığı araşdırma qrupunda da öz yerini tutmuşdur. 1897-ci ildə Antropologiya və Etnoqrafiya Muzeyində çalışmağa başlayan Klements 1903-cü ildə Rusiya Dövlət Muzeyinin etnoqrafiya şöbəsinin müdiri vəzifəsinə təyin olunmuşdur. Həyat yoldaşı, E. N. Klements ilə birlikdə 1897-ci ildə Şimali Monqolustanda Tonyukuk abidəsini tapmışdır.

Dmitri Klements 1914-cü ildə Moskvada vəfat etmişdir.