Era hija del duque Augusto II de Brunswick-Wolfenbüttel (1579-1666) y de su segunda esposa Dorotea de Anhalt-Zerbst (1607-1634), hija del príncipe Rudolf von Anhalt-Zerbst.

De su hermano mayor, el duque Everardo III, su esposo Federico recibió en 1649 Neuenstadt y otros territorios para él y sus herederos.

Así fundó la línea lateral de Württemberg-Neuenstadt.

Clara Augusta murió en 1700, 18 años después de su esposo.

Fue enterrada junto a su esposo en la tumba familiar que él construyó en 1664 en la iglesia de la ciudad de Neuenstadt.