Zawodową karierę urodzony 22 czerwca 1975 w Mittweidzie kolarz szosowy rozpoczął w 1998, dwa lata po zdobyciu brązowego medalu mistrzostw Świata kolarzy do lat 23 w jeździe na czas. W pierwszym sezonie zwyciężył w wyścigu Dookoła Dolnej Saksonii, a także w prologu Tour de Normandie. W 1999 roku wygrał etap portugalskiego Tour de Algarve. Rok olimpijski 2000 przyniósł znaczący sukces w postaci wygrania klasyka Paryż-Nicea. W Sydney zdobył brązowy medal, przegrywając z rodakiem Janem Ullrichem i Kazachem Aleksandrem Winokurowem. Przez kolejne trzy sezony kolarza trapiły kontuzje. W wielkim stylu powrócił w 2004 roku, zdobywając tytuł mistrza Niemiec, a w wyścigu Tour de France był drugi. Wyprzedził go wówczas Amerykanin Lance Armstrong, pozbawiony potem, po przyznaniu się do stosowania dopingu, zdobytych tytułów. Dwa lata później w "Wielkiej Pętli" był trzeci, za Amerykaninem Floydem Landisem i Hiszpanem Oskarem Pereiro. Po dyskwalifikacji uwikłanego w doping Landisa, Kloeden mógł cieszyć się drugiej lokaty. W zawodowej karierze Kloeden startował w teamach T-Mobile, Astanie i ostatnio RadioShack.