Clinton Joseph Davisson nació en Bloomington, Illinois, EE. UU., el 22 de octubre de 1881, hijo de Joseph Davisson, un artesano nativo de Ohio, descendiente de los primeros colonos holandeses y franceses de Virginia y veterano de la Unión de la Guerra Civil Estadounidense y su esposa Mary Calvert, una maestra de escuela, nativa de Pennsylvania, de ascendencia inglesa y escocesa.
Asistió a las escuelas públicas de Bloomington y, al graduarse de la escuela secundaria en 1902, la Universidad de Chicago le otorgó una beca por su competencia en matemáticas y física. En septiembre de ese año ingresó en la Universidad de Chicago y quedó inmediatamente bajo la influencia del profesor R.A. Millikan. Al no poder continuar en Chicago al año siguiente, por razones económicas, encontró empleo en una compañía telefónica en su ciudad natal. En enero de 1904 fue nombrado asistente de física en la Universidad de Purdu, por recomendación del profesor Millikan.
Regresó a Chicago en junio de 1904 y permaneció en residencia en la Universidad hasta agosto de 1905. En septiembre de 1905, nuevamente por recomendación del profesor Millikan, fue nombrado instructor de física a tiempo parcial en la Universidad de Princeton. Ocupó este puesto hasta 1910, estudiando, según lo permitían sus funciones, con el profesor Francis Magie, el profesor E. P. Adams, el profesor (más tarde Sir) James Jeans y, en particular, con el profesor O.W. Richardson. Durante una parte de este período, Davisson regresó a la Universidad de Chicago para las sesiones de verano y en agosto de 1908 recibió un B.S. degree (bachillerato universitario en ciencias) de esa institución.
Se le otorgó una beca en Física en Princeton para el año 1910-1911 y durante ese año completó los requisitos para el grado de Ph.D. que recibió en 1911. Su tesis, dirigida por el profesor Richardson, fue Sobre la emisión térmica de iones positivos de las sales alcalinotérreas.
Desde septiembre de 1911 hasta junio de 1917 fue instructor en el Departamento de Física del Carnegie Institute of Technology, Pittsburgh, Pensilvania. Durante el verano de 1913 trabajó en el Laboratorio Cavendish con el profesor (más tarde Sir) J.J. Thomson.
En abril de 1917 se le negó el alistamiento en el ejército de los Estados Unidos. En junio del mismo año, aceptó un empleo en tiempo de guerra en el Departamento de Ingeniería de la Western Electric Company (más tarde Bell Telephone Laboratories), en la ciudad de Nueva York, al principio durante el verano y luego con licencia de Carnegie Tech, mientras durara la I Guerra Mundial. Al final de la guerra renunció a una cátedra de asistente a la que había sido designado en Carnegie Tech, para continuar como Miembro del Cuerpo Técnico de los Laboratorios Telefónicos.
La serie de investigaciones que condujeron al descubrimiento de la difracción de electrones en 1927 se inició en 1919 y continuó en 1929 con la primera colaboración del Dr. C.H. Kunsman, y desde 1924 en adelante, del Dr. L.H. Germer. Durante el mismo período se realizaron investigaciones en radiación térmica con la colaboración del Sr. J.R. Weeks, y en termoiónica con el Dr. H.A. Pidgeon y Dr. Germer.
Desde 1930-1937, el Dr. Davisson se dedicó al estudio de la teoría de la óptica electrónica y a las aplicaciones de esta teoría a problemas de ingeniería. Luego investigó la dispersión y el reflejo de electrones muy lentos por los metales. Durante la Segunda Guerra Mundial, trabajó en la teoría de dispositivos electrónicos y en una variedad de problemas de física de cristales.
En 1946 se retiró de Bell Telephone Laboratories después de 29 años de servicio. De 1947 a 1949, fue profesor invitado de física en la Universidad de Virginia, Charlottesville, Va.
En 1928 recibió el Premio Comstock de la Academia Nacional de Ciencias, en 1931 la Medalla Elliott Cresson del Instituto Franklin, y en 1935 la Medalla Hughes de la Royal Society (Londres), y en 1941 la Medalla Alumni de la Universidad de Chicago. Obtuvo doctorados honorarios de la Universidad de Purdue, la Universidad de Princeton, la Universidad de Lyon y el Colby College.
En 1911 se casó con Charlotte Sara Richardson, hermana del profesor Richardson. Murió en Charlottesville el 1 de febrero de 1958, a la edad de 76 años, y le sobrevivieron su esposa, tres hijos y una hija.