Fu eretto, su proposta del Vanvitelli, in onore di papa Clemente XII, per volontà del Senato anconetano, riconoscente nei confronti del pontefice che, vero e proprio mecenate di Ancona, concesse alla città il porto franco, dando nuovo impulso ai secolari traffici navali, ed incaricò il famoso architetto di ridisegnarne il porto. Fu così che sorsero il Lazzaretto e il Molo nuovo.

L'arco Clementino è la porta di ingresso in città dal mare; sorge nel punto in cui il Molo nuovo si innesta nell'antico molo romano, sul quale già si ergeva dal I secolo d.C. l'arco di Traiano. Nelle intenzioni dei promotori del progetto, l'Arco Clementino avrebbe dovuto oscurare la vista del pagano Arco di Traiano: sul suo attico avrebbe dovuto essere collocata la statua benedicente di Clemente XII e il conio di una medaglia onorifica fatta realizzare dagli anconetani e donata al pontefice, rappresentando così, assieme al Duomo in alto sul colle Guasco, la prima immagine che si sarebbe proposta ai naviganti al momento dell'ingresso nel porto dorico.

Dal punto di vista estetico notevoli risultano gli effetti soprattutto dalla parte rivolta verso il mare, in travertino. La scelta, che può sembrare singolare, di lasciare la facciata verso la città in semplice laterizio si può capire ricordando che l'arco fungeva da porta di città e che dunque il suo prospetto principale era, come di consuetudine, rivolto verso l'esterno.

A causa della morte del Vanvitelli l'arco rimase incompleto; successivamente l'opera fu ripresa per volere di papa Benedetto XIV e venne affidata all'architetto Filippo Marchionni, che completò anche il molo nuovo.