Parafia erygowana w 1 poł. XIV w. (inni wskazują rok 1075, gdyż parafia znajduje się w wykazach i mapach Arch. Gnieźnieńskiej). Wieś Klembów leży u zbiegu rzek Rządzy i Cienkiej. Na jej terenie wykopano stare urny gliniane z czasów pogańskich oraz szczątki dawnych zabudowań oraz brukowaną ulicę pochodzącą z ok. X-XI w. Tereny były pokryte puszczami, a życie skupiało się w rejonie rzek.

Fundatorem drewnianego kościoła pod wezwaniem Św. Klemensa PM był niejaki Woliński. Konsekracji świątyni za panowania Kazimierza Wielkiego dokonał biskup płocki Klemens Pierzchała (1337-1357). Klembów z kolumną w herbie należał najpierw do dóbr książąt mazowieckich. Książę Janusz II (1455-1495) przyznał rycerzowi Świętosławowi, pieczętującemu się herbem Roch rozległe dobra Pruskowo (w tym Klembów), a jego synowie przyjęli nazwiska od dziedzicznych dóbr – Klembowscy. 17 marca 1629 roku biskup płocki Stanisław Łubieński konsekrował nową świątynię, spaloną 23 kwietnia 1656 roku przez Szwedów i kozackie wojska księcia Bogusława Radziwiłła.

Trzecia świątynia powstała w dwa lata później dzięki Wojciechowi Mościckiemu, kanonikowi klembowskiemu, Samuelowi Czosnowskiemu i rodzinie Wolińskich; konsekrował ją Bp Andrzej Chryzostom Załuski w III niedzielę po Wielkanocy roku 1699. Fundatorami remontu kościoła byli: Dominik Sobolewski, łowczy nurski, i Teresa Młocka, starościna zakroczymska; dotrwał on do insurekcji Kościuszki, wtedy spłonął. Wcześniej parafia przekazywała na cele wojenne złote i srebrne naczynia liturgiczne oraz wota ołtarzowe.

9 marca 1822 roku dobra klembowskie (ok. 2.000 ha) nabył gen. Franciszek Żymirski, zainwestował w budowę nowych murowanych budynków gospodarczych, gorzelni, zajazdu, okazał się dobrym gospodarzem, i czerpał z majątku niemałe korzyści. W latach 1823-1829, z fundacji Generała, wzniesiono klasycystyczną świątynię murowaną. Fundator poległ w 1931 roku ranny pod Olszynką Grochowską, a świątynia stała się miejscem pochówku prochów bohatera Insurekcji Kościuszkowskiej, Legionów Polskich i Powstania Listopadowego, odznaczonego krzyżem Virtuti Militari.

W 1829 roku rozebrano starą i bardzo zniszczoną świątynię, która stała pośrodku cmentarza na niewielkim wzniesieniu, gdzie do dziś znajdują się najstarsze drzewa i nagrobki usytuowane jakby w kierunku stojącego tam wówczas kościoła. Kościół przebudowano w latach 1885-1894 według projektu W. Kamieńskiego: dodano prezbiterium z zakrystią i skarbcem oraz dwie kaplice po obu stronach nawy, nad którą założono plafon (ozdobny sufit), a nad wielkim ołtarzem i kaplicami położono sklepienie.

W tej świątyni Helena Kowalska, późniejsza Św. Siostra Faustyna, złożyła prywatny ślub czystości w oktawie Bożego Ciała w 1925 roku (między 19 a 25 czerwca). Kościół ucierpiał w II wojnie światowej, wieżę odbudowano w 1959 roku. W nocy 21/22 maja 2013 roku włamano się do kościoła, zdewastowano część wyposażenia i sprofanowano Najświętszy Sakrament.