Laure Marsa Frédérique de Clermont-Tonnerre est la fille de deux producteurs de cinéma, Antoine de Clermont-Tonnerre et Martine de Clermont-Tonnerre. Elle suit des études d'histoire à la Sorbonne jusqu'au master (sur le réalisme poétique de la France des années 1930[2]), en parallèle avec une formation professionnelle de comédienne au Cours Florent[3] et au Cours Éva-Saint-Paul[4].
Laure de Clermont-Tonnerre joue son premier rôle à 10 ans dans Ma sœur chinoise d'Alain Mazars, avec Alain Bashung, puis enchaine les rôles dans une demi-douzaine de longs-métrages.
En 2005, elle part vivre un an à New York avec sa meilleure amie, pour y prendre des cours de théâtre[5]. Paris, Texas de Wim Wenders est son film préféré en ce qu'il est la rencontre entre un regard européen et les grands espaces américains.
En 2008, elle met en scène une pièce de théâtre, Independence, de Lee Blessing.
En 2012, elle tourne Atlantic Avenue, à Brooklyn, un court-métrage de fiction sur le désir et la sexualité d'une jeune femme atteinte de la maladie des os de verre.
En 2014, elle s'intéresse à la zoothérapie et tourne un second court-métrage, Rabbit, dans la prison de Rikers Island à New York, avec une détenue et un lapin.
En 2017, elle tourne Nevada, en 23 jours[6], un long-métrage qui raconte la relation entre un prisonnier et un mustang. Le projet, sélectionné par l'Institut Sundance et récompensé d'un prix à l'écriture du NHK, est co-produit par Robert Redford, France 3, Canal+, et Focus Features.
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