Klamroth ist eines von drei Kindern aus der Beziehung der Kameraassistentin Katrin Klamroth und des Schauspielers Peter Lohmeyer.[1] Ihr älterer Bruder Louis Klamroth war ebenfalls als Schauspieler tätig, tritt mittlerweile aber hauptsächlich als Moderator auf. Ihre Großtante war Wibke Bruhns.[2]
2007 spielte sie die Hauptrolle im deutschen Spielfilm Früher oder später an der Seite ihres Vaters. Der Film wurde auf dem 60. Festival von Locarno gezeigt.[4] Die Kritiken über ihr Spielfilmdebüt fielen positiv aus; epd medien schrieb: „Lola Klamroth spielt diesen rigorosen Egoismus der Jugend mit einer solchen Unschuld, einer so großen Keuschheit, dass der unvermeidliche Absturz tragische Dimension bekommt […] Eine wunderbare, eine erstaunliche Leistung.“[5] Klamroth wurde 2008 für den Undine Award als „Beste Filmdebütantin“[6] und 2010 für den Günter-Strack-Fernsehpreis als „Beste Nachwuchsdarstellerin“[7] nominiert.
Im 2017 erschienenen Film Tod einer Kadettin spielte Lola Klamroth die Nebenrolle der Anja Kroll.[10] Seit der Spielzeit 2018/19 ist sie festes Ensemblemitglied am Schauspiel Köln.[11] Seit 2020 nimmt sie vermehrt Rollen als Hörspielsprecherin an.
Zur Spielzeit 2024/25 wechselte Klamroth als festes Ensemblemitglied zum Wiener Burgtheater.[12]
