คาร์ล เซแกน เกิดที่เมืองบรุ๊คลิน นิวยอร์ก[1] ในครอบครัวชาวยิวรัสเซีย พ่อของเขาคือ แซม เซแกน พนักงานโรงงานทอผ้าที่อพยพมาจากรัสเซีย แม่ของเขาคือ ราเชล มอลลี กรูเบอร์ เป็นแม่บ้าน ชื่อ คาร์ล มาจากชื่อแม่ของราเชล คือ คลารา เซแกนจบการศึกษาจากโรงเรียนมัธยมราห์เวย์ ในเมืองราห์เวย์ นิวเจอร์ซีย์ ในปี ค.ศ. 1951[2] และได้เข้าศึกษาต่อที่มหาวิทยาลัยชิคาโก ที่นี่เขาได้เข้าร่วมสมาคมดาราศาสตร์รายร์สัน[3] ได้รับปริญญาศิลปศาสตรบัณฑิตเกียรตินิยมในปี ค.ศ. 1954 วิทยาศาสตร์บัณฑิตในปี ค.ศ. 1955 วิทยาศาสตร์มหาบัณฑิตสาขาฟิสิกส์ ในปี ค.ศ. 1956 จากนั้นจึงได้รับดุษฎีบัณฑิตในปี ค.ศ. 1960 ในสาขาดาราศาสตร์และฟิสิกส์ดาราศาสตร์ เมื่ออายุได้ 26 ปี[4] ระหว่างที่ศึกษาปริญญาตรี เซแกนใช้เวลาว่างทำงานในห้องทดลองของนักพันธุวิทยา H. J. Muller ต่อมาในปี 1960-1962 เขาได้รับทุนวิจัย Miller Fellow ที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ปี 1962-1968 ได้เข้าทำงานที่หอดูดาวฟิสิกส์ดาราศาสตร์สมิธโซเนียน ที่เมืองเคมบริดจ์ รัฐแมสซาชูเซตส์

เซแกนเป็นผู้บรรยายและทำวิจัยที่มหาวิทยาลัยฮาวาร์ดทุกปีจนถึง ค.ศ. 1968 จึงได้ย้ายไปอยู่มหาวิทยาลัยคอร์เนลในนิวยอร์ก เขาได้เลื่อนตำแหน่งเป็นศาสตราจารย์ที่คอร์เนลในปี ค.ศ. 1971 และได้เป็นผู้อำนวยการห้องทดลองวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์ที่นี่ ช่วงปี ค.ศ. 1972-1981 เซแกนได้เป็นผู้ช่วยผู้อำนวยการศูนย์วิจัยวิทยุสำหรับฟิสิกส์และอวกาศ ที่คอร์เนล

เซแกนเป็นนักวิทยาศาสตร์ที่ทำงานกับโครงการสำรวจอวกาศของสหรัฐอเมริกานับแต่แรกเริ่ม นับแต่คริสต์ทศวรรษ 1950 เป็นต้นมา เขาทำงานเป็นที่ปรึกษาให้กับองค์การนาซา หน้าที่หนึ่งขณะที่เขาทำงานให้กับองค์การอวกาศแห่งนี้คือการบรรยายแก่นักบินอวกาศในโครงการอพอลโลก่อนที่พวกเขาจะไปสู่ดวงจันทร์ เซแกนให้การสนับสนุนต่อโครงการยานอวกาศแบบขับเคลื่อนด้วยหุ่นยนต์หลายโครงการที่ออกไปสำรวจระบบสุริยะตลอดช่วงชีวิตของเขา เขาเป็นผู้ริเริ่มแนวคิดในการนำข้อมูลข่าวสารอันเป็นสากลให้ติดไปบนยานอวกาศที่ตั้งเป้าเดินทางออกนอกระบบสุริยะ เพื่อให้สิ่งมีชีวิตทรงภูมิปัญญาที่อาจมาพบมันเข้าจะได้เข้าใจได้ เซแกนเป็นผู้เรียบเรียงข้อมูลชุดแรกที่ส่งออกไปสู่อวกาศในรูปของแผ่นจานทองคำ ที่ติดไปกับยานสำรวจอวกาศ ไพโอเนียร์ 10 ส่งขึ้นสู่อวกาศในปี ค.ศ. 1972 ต่อมายานไพโอเนียร์ 11 ก็ได้นำแผ่นจานลักษณะเดียวกันนี้อีกแผ่นหนึ่งไปด้วยเมื่อขึ้นสู่อวกาศในปีถัดไป เซแกนยังคงปรับแต่งแผ่นจานข้อมูลนี้อยู่ตลอดชีวิตของเขา ชุดที่บรรจงสร้างอย่างประณีตที่สุดคือชุดที่เขาพัฒนาและติดตั้งไว้บนยานวอยเอจเจอร์ ที่ถูกส่งออกไปในปี ค.ศ. 1977 นอกจากนี้เซแกนยังมักยื่นข้อเสนอกับเงินทุนสนับสนุนโครงการกระสวยอวกาศและสถานีอวกาศ ให้นำไปพัฒนาโครงการสำรวจอวกาศด้วยหุ่นยนต์แทน[5]

เซแกนสอนวิชา critical thinking ที่มหาวิทยาลัยคอร์เนลจนถึงปี ค.ศ. 1996 ซึ่งเขาเสียชีวิตด้วยโรคเกี่ยวกับเนื้อเยื่อในโพรงกระดูกอันพบได้ค่อนข้างยาก วิชาที่เซแกนสอนนั้นจำกัดจำนวนที่นั่งเพียงภาคเรียนละ 20 ที่นั่ง แต่ในแต่ละปี มีนักศึกษาหลายร้อยคนที่ขอลงทะเบียนเรียนกับเขา หลังจากเซแกนเสียชีวิต หลักสูตรนี้ก็ปิดตัวลง จนกระทั่งถึงปี ค.ศ. 2000 จึงได้เปิดสอนอีกครั้งโดย Dr. Yervant Terzian