Sankt Klemens er vokset frem nord og vest for den gamle landsby Stenløse, hvor der lå en middelalderkirke. Et forsamlingshus opførtes i 1902. Jernbanen Odense-Nørre Broby-Faaborg blev åbnet i 1906, og en station blev lagt mellem landsbyerne Stenløse og Svenstrup. Disse navne var i brug på andre baner, så derfor opkaldtes stationen her efter den helgen, som sognekirken i sin tid var indviet til, nemlig Sankt Klemens. Kirken kaldes dog Stenløse Kirke. Efterhånden opstod der bebyggelse omkring stationen, og denne fik stationens navn.
Snart groede Svenstrup og Stenløse sammen, og der kom flere butikker. I 1940 lå indbyggertallet på 286. Sankt Klemens var opdaget af folk, der søgte landlige omgivelser. En lokal bygmester, Ernst Andersen, kom fra 1948 til at præge udbygningen af Sankt Klemens, som han ville gøre fashionabel. Det skete først med statslånshuse på veje mellem Svenstrupvej og Stenløsevej og fra 1960’erne bl.a. med Skovbakkekvarteret og udstykninger mellem Svenstrupvej og Odense Å. Jernbanen lukkede i 1954. Væksten fortsatte imidlertid og var særligt stærk i 1960’erne, og i 1970 lå indbyggertallet på 1.711.
Parcelhusudbygningen ophørte stort set i årene efter Kommunalreformen i 1970, men områdets beboersammensætning blev mere differentieret, da Arbejdernes Boligforening i årene op mod 1980 opførte Skt. Klemensparken med 238 lejligheder i et tæt-lavt byggeri med gård- og rækkehuse i et naturskønt område ved Odense Å. Det er tegnet af A. Eriksen & Erik Eriksen sammen med landskabsarkitekt Arne Lindholdt. Her fandt også et plejecenter plads. Skt. Klemensskolen, hvis første etape var taget i brug i 1961, blev flere gange udvidet. Indbyggertallet nåede i 1989 op på 2.757, og i 2006 var der 2.666 indbyggere i byen. Karakteren af boligby blev bibeholdt.
