Длина — 686 км, площадь бассейна — 42,5 тыс. км². Среднегодовой расход воды у города Коврова — 145 м³/с, что соответствует объёму стока 4,576 км³/год. Питание преимущественно снеговое. Замерзает в ноябре, вскрывается в первой половине апреля.
Река берёт начало в пределах Московской возвышенности, близ Солнечногорска на высоте более 225 м над уровнем моря. В пределах Подмосковья находятся 228 км течения Клязьмы и 6270 км² её водосбора. От истока течёт на юго-восток, по территории Солнечногорского района, а затем по границе Молжаниновского района Москвы, где у села Черкизово круто поворачивает на восток. Далее протекает мимо аэропорта Шереметьево и деревни Мелькисарово, через Клязьминское и Пироговское водохранилища, где смешивается с водами Волги. Берега в верхнем течении Клязьмы высокие, долина узкая. У впадения в Клязьминское водохранилище ширина реки достигает 12 м. Ниже названных водохранилищ сток Клязьмы регулируется, ширина её у платформы Клязьма Ярославского направления Московской железной дороги — около 20 м.
Течёт в основном по Мещёрской низменности. В пределах Мещёры правый берег реки значительно ниже левого. Ниже устья Тезы по низкому левому берегу начинается Балахнинская низменность, по правому — крутой берег (до 90 метров), относящийся к Гороховецкому отрогу Цнинского вала. Ширина в Ногинске — 50 м, во Владимире — 130 м. Кое-где Клязьма имеет ширину свыше 200 м. Максимальная глубина — 8 м, преобладает небольшая (1—2 м). Местами река прорезает известняковые толщи. Дно глинистое, местами песчаное.
На левом берегу между Ковровом и устьем Тезы расположен государственный природный заказник «Клязьминский». До 1978 года здесь были два боброво-выхухолевых заказника местного значения: Южский в Ивановской и Ковровский во Владимирской области.
На реке Клязьме обнаружены могильники фатьяновской культуры в районе Ногинска (Буньковский могильник), Орехово-Зуева (Верейский могильник), деревни Шашева (Ковровский могильник).
На берегах реки и всего бассейна издавна селился человек. Археологами раскопаны стоянки древнего человека эпохи палеолита — знаменитая Сунгирь, мезолита — например, у деревни Саурово, около Павловского Посада, много неолитических (в том числе у посёлка Большое Буньково Ногинского района — стоянки льяловской и фатьяновской культур), поселения дьяковской культуры. Позднее берега Клязьмы заселяли такие племена, как мещера, меря и мурома. Им на смену пришли славяне, о чём свидетельствуют многочисленные славянские курганные могильники вдоль берегов Клязьмы.
По предположению краеведа А. Ф. Малявко, название реки Клязьма имеет финно-угорское происхождение и может быть переведено как «место богатое рыбой» («kalaisa maa»). По другой версии, название имеет балтское происхождение и происходит от слова klėizoti — тащиться, ковылять, что создает образ движения неторопливой, извилистой реки.
С рекой и её притоками связано развитие всего северо-востока Руси, начиная с Владимиро-Суздальского княжества (XII век). В это время река с притоками использовалась для судоходства на всём своём протяжении, что дало возможность далеко распространить своё влияние, а водные пути Клязьма — Сходня — Москва и Клязьма — Яуза — Москва, использовавшиеся ещё до славянского расселения, развили хозяйственную основу. Следы этого торгового пути сохранились в топонимике. Так, например, город Мытищи назван так потому, что располагался близ волока Яуза — Клязьма, а местные жители за услуги по перевозке грузов из реки в реку брали мыт (пошлину). Соседняя с Мытищами деревня называлась Баскаки, так как там сидели сборщики налогов (собственно, баскаки), контролировавшие волок и сбор пошлины.
В 1433 году близ Щёлкова произошла битва на Клязьме, в которой великий князь Василий II был побеждён своим дядей Юрием Дмитриевичем. Со времён развития промыслов (XVII век) Клязьма сконцентрировала множество бумажных, керамических и особенно текстильных производств, сначала ремесленных, а позже фабричных и заводских.
В 1937 году в рамках индустриализации СССР завершено строительство канала имени Москвы, верховья Клязьмы были перекрыты Пироговской плотиной, образовавшей Клязьминское водохранилище. Сток через плотины, попутно вырабатывая электроэнергию, стал регулироваться и питаться водами верхней Волги и рек севера Московской области. На Клязьме планировался каскад из пяти ГЭС. В 1940—1941 годах было начато, но вскоре с началом войны остановлено строительство двух ГЭС — под Владимиром (близ Улыбышево) и Ковровом (близ Погоста). Наследием строительства в месте створа Ковровской станции остаётся Пакинская колония (посёлок Пакино). В первом (1935) и втором (1971) Генеральных планах развития Москвы предусматривалось строительство Восточного судоходного канала в обход Москвы, часть которого проходило по руслу Клязьмы.
На реке расположены такие крупные города, как Химки, Долгопрудный, Щёлково, Королёв, Лосино-Петровский, Ногинск, Павловский Посад, Орехово-Зуево, Собинка, Владимир, Ковров, Вязники, Гороховец. Река обеспечивает водой как многочисленные производства, так и жителей крупных поселений в среднем и нижнем течении. Судоходна на 267 км от устья до Владимира, используется для перевозки грузов баржами (в том числе намываемых здесь же песков). Полноценное судоходство в среднем течении ограничено малой глубиной и каменистым дном участка между Ковровом и Мстёрой. В целом река относится к VII классу по российской квалификации водных путей. Есть грузовой порт в Вязниках, исторический судостроительный завод в Гороховце.
От города Щёлково до притоков Владимирской области непригодны для употребления в пищу как вода, так и её обитатели, непригодна вода и для купания.
Клязьма сильно загрязнена в своём верхнем течении, но всё же довольно богата рыбой (лещ, язь, подуст, жерех, окунь, щука, плотва, ёрш, налим, пескарь, уклейка, голавль, ротан, вьюн, карась). В наше время в Клязьме почти не встречаются сом и стерлядь, которыми река славилась в XIX и XX веке.
Прибрежная растительность представлена различными видами ив и осоки, частухой, тростником, рогозом, крапивой двудомной, геранью лесной, чередой трёхраздельной, водная растительность — ряской, кувшинкой, кубышкой, элодеей канадской, роголистником, различными видами рдеста. Река доступна для сплава на байдарках с мая по сентябрь.
Найдено 7 водных объектов впадающих в реку Клязьма