El ábside
La pintura mural, concebida como complemento del simbolismo arquitectónico, se concentra en el ábside que, dividido en tres niveles, ordena el programa iconográfico: en la parte superior la visión teofánica de la Maiestas Domini (llamado pantocrátor por influencia bizantina); en la intermedia los apóstoles y el santo patrón, y en la inferior representaciones ornamentales (cortinajes, motivos florales). El resto de la iglesia no tiene una constante tan clara por lo que se refiere a la temática pictórica. En la imagen superior, san Clemente de Tahull como ha estado desde 1918, cuando las pinturas fueron arrancadas y colocadas en el Museo Nacional de Arte de Cataluña, donde se encuentran actualmente. En 2013 se ha quitado la copia colocada en lugar de las pinturas originales..
Parte de las pinturas tal como se encuentran actualmente en el Museo de Arte de Cataluña, en Barcelona.
Pantocrator
El conjunto está estructurado siguiendo un eje vertical de simetría, subrayado por la ventana del centro, que está contrarrestado por tres espacios horizontales (diferenciados por franjas y por la temática) que recorren el ábside. Este eje vertical es la altura de un triángulo equilátero, con un vértice en los cabellos de Cristo y la base en su cintura. A pesar de la aparente simetría (por la disposición de ambos brazos), el equilibrio se consigue compensando el peso de la superficie blanca del libro con la del brazo levantado.
Con total frontalidad, Cristo está sentado en un arco de círculo y sus pies descansan sobre la esfera terrestre (según Isaías 66,1, "Así dijo Yahvé: los cielos son mi trono y la Tierra, el escabel de mis pies!", y lo recoge el evangelio de Mateo 5, 34-35, al citar el segundo mandamiento diciendo que no se debe jurar ni por el Cielo ni por la Tierra, dado que los identifica como su solio y su escabel). El mundo significa el Universo o la Tierra, pero también el género humano. Así pues, las ideas de creación, revelación y salvación dan sentido a la representación de la majestad en este fresco.
El dibujo de las manos traduce la anatomía.  Su cuerpo está concebido armónicamente: la cintura actúa como un eje horizontal que tiene, en la parte superior, un triángulo equilátero, cuyos lados siguen la inclinación del manto, y en el inferior un trapecio equilátero.
La figura de Cristo en Majestad es el centro geométrico y temático de toda la composición. Su protagonismo está potenciado por su tamaño, su cromatismo y su gesticulación. Está concebido como un emperador bizantino con un rico vestuario y un gesto autoritario que resume las atribuciones propias de los emperadores: impartir justicia, otorgar favores, dictar leyes, atributos que tendrá Cristo en su venida apocalíptica. La pintura mural está hecha con técnica mixta (fresco y temple) en la primera mitad del siglo XII. La imagen de Cristo en Majestad, rodeada por el Tetramorfos, preside la cuenca absidial. Es una figura mayestática, solemne, en actitud de bendecir. Su fuente iconográfica es el Apocalipsis (4, 2-7 y 5,1).
El rostro, ordenado en sus rasgos principales según una perfecta simetría axial, está enmarcado por largos cabellos, y alargado como la mano, es significativo de eternidad.
Las letras alfa y omega aparecen como lámparas votivas sobre el altar, y por su sentido y por las fuentes literarias, introducen el carácter apocalíptico en la escena (Apocalipsis 1,8: "Yo soy el alfa y la omega, dice el Señor Dios; el que es, el que era y el que viene, el Todopoderoso"). Es el tema del cronocrator, Cristo como centro del tiempo, como principio y fin de la historia.
 De tamaño subrehumano, surge amenazador con gesto autoritario: su mano derecha, bendiciendo, pone en evidencia la fuerza y la autoridad divinas; su mano izquierda aguanta el Libro de la vida en el que leemos "Ego sum lux mundi" (Yo soy la luz del mundo). La luz se interpreta como la palabra griega "logos", que está en el principio de todo y en donde hay la vida. En el Génesis la luz de la vida antes de la Creación significa la luz del bien, opuesta a las tinieblas del mal. La luz es también la palabra de los profetas que ha iluminado a los apóstoles, la luz de la verdad que nos revela el conocimiento de Dios.
Cristo lleva una túnica blanca y gris y manto azul, con festones ornamentales que imitan un dibujo de rombos de colores azul y rojo, con perlas figuradas. Estos rombos se convierten en círculos en la parte del manto que cubre el hombro derecho de la figura. Estos ropajes, tan ricos, limitados por una línea blanca, se presentan en pliegues volumétricos muy marcados, con geometría, pero no axial, sino que traducen una cierta libertad en la posición de brazos y piernas; existe un cierto movimiento y un cierto realismo elegante en la representación del volumen que se obtiene mediante veladuras de color gris en la túnica y azules en el manto.
Tetramorfos
La presencia del Tetramorfos en el exterior de la mandorla (situada sobre un fondo de tres bandas paralelas horizontales de colores azul, ocre y negro) es una alusión a las cuatro columnas del trono divino, a los cuatro ríos del paraíso, a los cuatro puntos cardinales, al tiempo histórico de Cristo (Encarnación, Crucifixión, Resurrección, Ascensión), a los cuatro elementos (aire, agua, tierra, fuego) y a los cuatro evangelistas (el león símbolo de san Marcos, el toro de san Lucas, el ángel de san Mateo y el águila de san Juan). También se puede interpretar en clave de reminiscencia zoomórfica (de influencia egipcia) y las cuatro figuras serían, entonces, ángeles con rostro de animal. Cierran la composición, a cada lado, dos serafines con seis pares de alas llenas de ojos que indican la revelación (Isaías 6, 1-3). En el extremo superior dos serafines son los testigos-ejecutores de la escena.
Parte inferior
Enmarcados por arcos y columnas se encuentran las figuras de santo Tomás, san Bartolomé, la Virgen María, san Juan, Santiago y un personaje no identificado. Todos llevan un libro, lo que les sitúa en el contexto del magisterio doctrinal de la iglesia. El conjunto evoca la imagen apocalíptica de la Iglesia esperando la parusía. Los arcos pintados imitan arquitecturas figuradas y descansan sobre capiteles también pintados de carácter vegetal. Las columnas imitan el mármol con un dibujo ondulado.
La figura de la Virgen María ha sido cuidadosamente tratada: sus carnaciones, de un ocre denso, presentan unos pequeños toques de blanco que le confieren una textura pulimentada; un trazo negro dibuja la silueta de su manto azul sobre una superficie también azul diferenciando, asimismo, ambos planos; la toca, que compensa la estilización de su rostro, es blanca sobre el blanco de su nimbo. Todo apunta a una búsqueda de armonía, simplicidad y soluciones estéticas en actitud de plegaria. Ofrece, con su mano izquierda, un plato con ascuas encendidas, signo externo de la luz que viene a este mundo -Cristo-, la palabra hecha carne.
Otras pinturas

En el arco triunfal está representado el Cordero con el nimbo crucífero, en cuya cara vuelve a repetirse el símbolo de los ojos (como visión apocalíptica).