Die Clayallee verläuft in nord-südlicher Richtung durch die Berliner Ortsteile Grunewald, Schmargendorf, Dahlem und Zehlendorf bis zur Zehlendorfer Eiche. Am 1. Juni 1949 wurde die frühere Kronprinzenallee zu Ehren des US-amerikanischen Militärgouverneurs von Berlin, General Lucius D. Clay, des „Vaters“ der Berliner Luftbrücke, in Clayallee umbenannt. Sie ist die einzige Straße in West-Berlin, die nach einer zum Zeitpunkt der Benennung noch lebenden Person benannt wurde.
Die überwiegend sechsspurig ausgebaute Straße ist ein Teil der Verbindung des Zehlendorfer Zentrums mit der Berliner City-West. In Dahlem grenzt sie teilweise unmittelbar an den Grunewald. Im Ortsteil Grunewald geht die Clayallee an der Kreuzung mit der Bernadottestraße in den Hohenzollerndamm über.
Mehrere Buslinien befahren Abschnitte dieser wichtigen Verkehrsader, an der sich auch der Bahnhof Oskar-Helene-Heim der U-Bahnlinie 3 befindet, die hier die Clayallee im rechten Winkel kreuzt.
Entlang der Clayallee befanden sich viele Einrichtungen und Wohnsiedlungen der amerikanischen Streitkräfte. Im ehemaligen US-Kino Outpost befindet sich heute das AlliiertenMuseum.