Graduado en la Escuela Politécnica de París, participó en 1816 en unos disturbios estudiantiles en dicha escuela. Entró a formar parte como refuerzo del cuerpo de profesores del Instituto superior de Ingeniería civil en Rusia en 1821, encabezando las cátedras de química y mecánica aplicada.

Al igual que Gabriel Lamé, Clapeyron era seguidor de las teorías liberales de Saint-Simon, y además de enseñar ingeniería en el Instituto, participó en los cálculos de la estabilidad de la cúpula de San Isaac (1823) y en la columna de Alejandro. De su experiencia en Rusia surgieron sus grandes aportaciones a la teoría de la elasticidad, su fundamental memoria Sur l’equilibre intérieur des corps solidez homogènes, presentada a la Academia Francesa de Ciencias. Durante una década (1820 – 1830) sirvió en Rusia, hasta que sus ideas liberales le obligaron a salir del país.

En 1834, contribuyó a la creación de la termodinámica moderna publicando un informe titulado Driving force of the heat, en el cual desarrollaba el trabajo de Nicolas Léonard Sadi Carnot, muerto dos años antes. En este informe, proporcionaba una interpretación gráfica particular del teorema de Carnot, el cual estipulaba que el trabajo proporcionado por una máquina de calor con dos fuentes es máxima si la máquina operaba de forma reversible.

Este diagrama de Clapeyron constituía una representación de los estados por los que pasaba el fluido por curvas que dan la presión del fluido en función de su volumen a una temperatura dada. En 1843, Clapeyron define el concepto de transformación reversible. Este concepto le permite escribir el principio de Carnot (correspondiente al Segundo principio de la termodinámica) en forma de ecuación, lo que la hace más útil en la práctica.

En este marco, estableció la formula de Clapeyron, que relaciona el calor latente de cambio de estado de una sustancia pura. Clapeyron también está relacionado con otros trabajos que tienen que ver con la formulación de la ecuación de los gases perfectos, o el equilibrio de sólidos homogéneos. La ecuación diferencial que determina el calor de vaporización de un líquido, lleva su nombre.

En 1844 Clapeyron fue designado como profesor en la École des Ponts en Chaussées y luego, en 1848, fue elegido para la Academia de Ciencias de Paris. Murió en 1864 en Paris.