Podczas II wojny światowej, jako oficer Królewskich Sił Powietrznych (Royal Air Force - RAF), brał udział w eksperymentach z pierwszymi radarami. Po wojnie powrócił do Londynu i do BIS, którego przez kilka lat był prezesem. W 1945 roku opublikował artykuł naukowy Extra-terrestrial Relays, w którym zawarł ideę wykorzystania satelitów umieszczonych na orbitach geostacjonarnych do stworzenia światowej sieci łączności. Pomysł ten, wykorzystany ćwierć wieku później, zaowocował telekomunikacyjną rewolucją, która trwa do dziś. Sama orbita geostacjonarna została oficjalnie nazwana Orbitą Clarke'a.
W 1946 roku Clarke opublikował swoje pierwsze opowiadanie - Wyprawa ratunkowa (Rescue Party). Dwa lata później ukończył londyński King's College, gdzie studiował fizykę i matematykę. Wkrótce rozpoczął pracę jako asystent redaktora naczelnego w "Physics Abstracts" - czasopiśmie poświęconym fizyce. Jednocześnie publikował swe pierwsze prace dotyczące astronautyki.
Rozgłos przyniosła mu opublikowana w 1950 roku książka Interplanetary Flight - jedna z pierwszych prac o astronautyce nieodwołująca się do skomplikowanych obliczeń i opisów stricte techniczych. Wkrótce też przyszedł sukces literacki - wydana w 1953 roku powieść Koniec dzieciństwa stała się bestsellerem. Sukcesy te pociągnęły za sobą wzrost zainteresowania Clarkiem ze strony amerykańskich mediów i środowisk naukowych, jak również środowisk związanych z fantastyką. Clarke brał udział w licznych konferencjach i spotkaniach, wygłaszając liczne odczyty i wykłady (m.in. tournée po Stanach Zjednoczonych). W czerwcu 1953 roku poślubił amerykankę Marylin Mayfield (po zaledwie 19 dniach znajomości!). Ich małżeństwo przetrwało jednak nie całe sześć miesięcy.
W międzyczasie Clarke zaczął interesować się eksploracją podwodną i samym nurkowaniem, które stanowiło dla niego "tani i prosty sposób imitowania nieważkości". W 1954 roku, w drodze do Wielkiej Rafy Koralowej, po raz pierwszy odwiedził Sri Lankę (ówcześnie Cejlon). Zamieszkał tam w 1956. Nurkowanie stało się dla niego pasją na wiele lat; tematyce morskiej poświęcił kilka swoich książek popularno-naukowych oraz powieści.
W 1962 roku Clarke zapadł na groźną wówczas chorobę polio (choroba Heinego-Medina), która na kilka miesięcy dosłownie przygwoździła go do łóżka.
Rok 1964 okazał się kolejnym rokiem przełomowym w jego karierze. Clarke rozpoczął mianowicie współpracę z amerykańskim filmowcem Stanleyem Kubrickiem nad scenariuszem "przysłowiowego dobrego filmu science-fiction" (określenie Kubricka). Obraz, który wszedł na ekrany kin cztery lata później - 2001: Odyseja Kosmiczna (równocześnie ukazała się powieść Clarke'a pod tym samym tytułem), był pierwszym z tego gatunku, który osiągnął sukces zarówno komercyjny jak i artystyczny; do dziś jest uznawany on za niedoścignione arcydzieło.
Współpraca ze Stanleyem Kubrickiem przysporzyła Clarke'owi sławy poza światem nauki i środowiskiem twórców i sympatyków science-fiction. Między innymi dzięki temu właśnie na przełomie lat 60. i 70. brał on udział w telewizyjnych relacjach na żywo z lądowań amerykańskich misji Apollo 11, 12 i 15 na Księżycu. W międzyczasie wciąż aktywnie działał jako publicysta. W 1973 zaś wydał kolejny bestseller - Spotkanie z Ramą, który zdobył wszelkie możliwe na polu literatury SF nagrody, z nagrodą Hugo oraz Nebula włącznie. W 1979 ukazała się kolejna jego powieść obsypana nagrodami - Fontanny Raju.
W pierwszej połowie lat 80. Clarke współtworzył dwa seriale dokumentalne, których był gospodarzem - Tajemniczy świat Arthura C. Clarke'a oraz Arthura C. Clarke'a świat niezbadanych mocy (oba wielokrotnie prezentowano w Polsce). W 1982 roku opublikował powieść 2010: Odyseja Kosmiczna, stanowiącą kontynuację powieści (i filmu) 2001. W oparciu o nią w 1984 roku Peter Hyams nakręcił film 2010.
W tym czasie Clarke zasłynął także jako stanowczy przeciwnik idei wykorzystania przestrzeni kosmicznej w celach militarnych (amerykański program 'Gwiezdnych Wojen').
W 1987 roku ukazała się trzecia część cyklu "Odyseja Kosmiczna" - 2061: Odyssey Three. W tym samym roku Clarke nawiązał współpracę z Gentrym Lee, inżynierem z Jet Propulsion Laboratory. Owocem tej współpracy jest m.in. cykl RAMA - kontynuacja powieści z 1973 roku.
Lata 90. to okres ciągłej współpracy z innymi autorami. Poza wspomnianym już Gentrym Lee, Clarke napisał powieści w duecie z Mikem McQuayem (10 w skali Richtera 1996), Michaelem P. Kube McDowellem (Detonator 1999) i Stephenem Baxterem (Światło minionych dni 2000) - chociaż "napisał" to za dużo powiedziane, książki te powstały bowiem w oparciu o szkic autorstwa Clarke'a; współautorzy rozwijali owe streszczenia samodzielnie. W roku 1994 Clarke był nominowany do Pokojowej Nagrody Nobla. W 1997 ukazała się powieść zamykająca cykl "Odyseja Kosmiczna" - 3001: The Final Odyssey. W 1998 roku Clarke "za zasługi dla literatury" otrzymał z rąk królowej Elżbiety II tytuł szlachecki "sir".
W latach 2004-2007 ukazał się nowy cykl powieściowy - inspirowana twórczością sir Clarke'a trylogia Odyseja czasu, napisana przez Stephena Baxtera. Latem 2008 roku natomiast ukazała się ukończona przez Frederika Pohla powieść The Last Theorem (sir Arthurowi zabrakło sił na jej samodzielne dokończenie).
Od 1956 roku Clarke mieszkał w Kolombo, stolicy Sri Lanki. W wyniku postępującego od lat 80. zespołu post-polio (męczliwość, bóle i osłabienie, będące wynikiem degeneracji neuronów ruchowych) przez ostatnie lata swego życia poruszał się na wózku inwalidzkim i przesypiał większą część doby. Mimo to jednak pozostawał aktywny intelektualnie, angażując się - choćby symbolicznie - w różne projekty i pojawiając od czasu do czasu za pośrednictwem transmisji satelitarnych bądź nagrań wideo na różnych konferencjach i uroczystościach.
Sir Arthur C. Clarke zmarł 19 marca 2008 wskutek problemów z oddychaniem.
Jest on autorem ok. 30 powieści, ponad 100 opowiadań i ok. 40 książek non-fiction. Napisał również niezliczoną ilość artykułów, przedmów, jak również pojawił się w niezliczonej ilości programów telewizyjnych i radiowych. W świecie nauki jest uznawany za "proroka ery kosmicznej", autorytet w dziedzinie futurologii i wielkiego inspiratora dla kolejnych pokoleń naukowców i inżynierów. Dla milionów czytelników na całym świecie zaś jest legendą, współtwórcą kanonu gatunku, mistrzem świata w poruszaniu wyobraźni.
