Klemens Sander studierte nach seiner Ausbildung als St. Florianer Sängerknabe bei Helena Lazarska, Robert Holl und David Lutz in Wien. Weitere Impulse erhielt er in Meisterklassen von Thomas Hampson, Gundula Janowitz, Dagmar Peckova und Hartmut Höll.

Sein Operndebüt gab er 2001 an der Wiener Volksoper und war von 2003 bis 2006 Ensemblemitglied des Staatstheaters Karlsruhe, wo er u. a. als Papageno in Mozarts «Die Zauberflöte», als Graf in «Le Nozze di Figaro», als Belcore in Donizettis «L’elisir d’amore» und in der Titelrolle von Tschaikowskis «Eugen Onegin» zu hören war.

2008 kehrte Klemens Sander an die Wiener Volksoper zurück und singt seither dort wichtige Partien seines Fachs. Bei den Salzburger Festspielen gab er sein Debüt in Schrekers «Die Gezeichneten», gefolgt von einem Konzert  bei den Osterfestspielen mit einem zeitgenössischen Liedprogramm. Höhepunkte der vergangenen Jahre umfassen Auftritte als Papageno («Die Zauberflöte») mit der Camerata Salzburg am Grand Théâtre Luxembourg, Tan Duns «Tea» an der Neuen Oper Wien und konzertant in Genua sowie die Titelpartie in «Don Giovanni» bei den Opernfestspielen Klosterneuburg. Im Theater an der Wien wirkte er neben Konzerten auch in Produktionen wie «Giulio Cesare in Egitto», «Les Dialogues des Carmelites», Strauss’ «Intermezzo» sowie Brittens «Death in Venice» mit.

Zahlreiche Konzerte führten ihn durch ganz Europa, nach Japan und in die USA, unter  anderem in die Berliner Philharmonie, die Londoner Wigmore Hall, die Suntory Hall Tokio, den Wiener  Musikverein und das Wiener  Konzerthaus, zu den Osterfestspielen Salzburg, den Salzburger Festspielen und zum Schleswig-Holstein Musik Festival. Er arbeitete bisher u. a. mit Dirigenten wie René Jacobs, Georges Prêtre, Kent  Nagano, Franz Welser-Möst, Helmuth Rilling, Martin Haselböck, Christian Arming,  Christopher Moulds, Kirill Petrenko und Donald Runnicles zusammen.