Marie Clothilde was de eerste, overlevende dochter van dauphin Lodewijk van Frankrijk en dauphine Maria Josepha. Ze was dus een kleindochter van koning Lodewijk XV van Frankrijk. Ze werd samen met haar vijf jaar jongere zusje Elisabeth, die ze tijdens de Franse Revolutie verloor, grootgebracht aan het Franse hof. Ze verloor haar ouders al op jonge leeftijd; haar vader stierf in 1765 en haar moeder in 1767.
Ze trad op 6 september1775 in Chambéry in het huwelijk met Karel Emanuel van Sardinië, de latere koning van Sardinië. Ook al schonk Marie Clothilde haar echtgenoot geen kinderen, toch was het stel goed met elkaar bevriend. Ze respecteerden elkaar en waren elkaar trouw. Marie Clothilde werd in 1796 koningin van Sardinië.
Marie Clothilde stierf in 1802 op 42-jarige leeftijd.