У 1999 році Клотильда Ем дебютувала в кіно в короткометражці Софі Леллуш «Боже, як добре що це зробила природа» (фр.Dieu, que la nature est bien faite!). У 2002 році акторку помітив режисер Жером Боннель, запросивши її на роль у своєму повнометражному фільмі «Шиньйон Ольги».[3] У 2005 році Ем знялася у фільмі Філіппа Гарреля«Постійні коханці».[4] У 2007-му разом з Луї Гаррелем знялася у фільму Крістофа Оноре«Усі пісні лише про кохання», отримавши номінацію на здобуття французької національної кінопремії «Сезар» в категорії «Багатонадійна акторка».
Серед фільмів 2010-х років за участю Клотильди Ем: схвалена критиками та відзначена фестивальними нагородами стрічка чилійського режисера Рауля Руїса«Лісабонські таємниці» (2010) за книгою Камілу Каштелу Бранку, де акторка зіграла Елізу де Монфор, франко-іспанський фантастичний фільм режисерів Арно і Жана-Марі Лар'є «Останній романтик планети Земля», який виграв декілька престижних кінонагород на кінофестивалі в Каталонії в 2009 році та фільм режисерки Алікс Делапорт «Анжель і Тоні» (2011), за головну роль в якому Ем здобула премію «Сезар» 2012 року, як найкраща молода акторка, розділивши її з Нейдрою Айяді.[2]
Окрім роботи в кіно, Клотильда Ем знімається для телебачення. Так, у 2012 вона зіграла роль Адель в містичному серіалі «Повернені» виробництва французького телеканалу Canal+, де за сюжетом до її героїні повертається загиблий кілька років тому наречений.[8]
