Né à Putney, dans le sud de Londres, il était issu d'une famille modeste, son père travaillant comme employé de bureau et sa mère en tant que serveuse. Attlee entama des études de droit à l'université de Oxford, où il devint membre du Parti travailliste.
En 1923, il fut élu député de la circonscription de Limehouse et devint rapidement un membre actif du parti travailliste dans l'opposition à la Chambre des communes. Il occupa de nombreux postes au sein du gouvernement fantôme et en 1935, il fut élu leader du Parti travailliste.
Au cours de la Seconde Guerre mondiale, le Parti travailliste forma un gouvernement de coalition avec les conservateurs sous la direction d'Winston Churchill. Attlee occupa plusieurs postes au sein du gouvernement : ministre des Munitions (1940-1942), ministre de l'Industrie (1942-1945) et ministre de la Santé (1945).
En mai 1945, Attlee conduisit le Parti travailliste à une victoire écrasante aux élections générales. Il forma un gouvernement minoritaire mais disposant d'un fort soutien de l'opinion publique et d'une majorité dans la Chambre des communes.
Les politiques que le gouvernement Attlee menaient étaient marquées par une forte volonté de changement social. Il mena à bien la nationalisation de plusieurs industries et institutions financières, ainsi que l'introduction du National Health Service (NHS) en 1948, qui offrait un soin gratuit à toute personne vivant au Royaume-Uni.
Lorsque Attlee présenta sa démission en 1951, le Parti travailliste avait effectué des transformations considérables dans la vie politique britannique et l'histoire de son pays et il était largement admiré par les Britanniques pour ses réalisations. Attlee fut remplacé par Harold Macmillan au poste de Premier ministre.
Enfin, Clement Attlee décéda en 1967 à l'âge de 84 ans et est inhumé à Golders Green, dans le nord de Londres. Son épouse, Violet Attlee, survécut jusqu'en 1971.