Nacido en Nueva York en 1939, creció alejado de influencias científicas ya que tenía una familia de recursos modesto que vivían en la parte más industrial de Brooklyn, sin embargo su curiosidad disparó su mente hacia las ciencias naturales. A pesar de no pertenecer a un entorno científico, los padres de Carl alentaron este interés, llevándolo a exposiciones sobre tecnología, naturaleza y lo que será su elección: el espacio. 

Su formación intelectual lo llevó a convertirse en una de las figuras dentro del campo de la astronomía. Se graduó en la Universidad de Chicago en 1954 con honores especiales y generales, en 1955 se graduó en Ciencias y en 1956 obtuvo un máster en Física, para luego doctorarse en Astronomía y Astrofísica en 1960. Impartió clases en Harvard, Cornell y Berckley y participó en múltiples programas para la NASA. 

Sus aportes a la ciencia fueron variados, sin embargo dentro del campo de la astronomía y la astrofísica sus aportes tuvieron más reconocimiento. Las contribuciones de Sagan fueron vitales para el descubrimiento de las altas temperaturas superficiales del planeta Venus, como ser uno de los primeros en plantear la hipótesis de que una de las lunas de Saturno, Titán, podría albergar océanos de compuestos líquidos en su superficie, y que una de las lunas de Júpiter, Europa, podría tener océanos de agua subterráneos. Esto haría que Europa fuese potencialmente habitable por formas de vida​. El océano subterráneo de agua de Europa fue posteriormente confirmado por la sonda espacial Galileo. 

En 1994 le diagnosticaron mielodisplasia, por lo que se lo intervino quirúrjicamente en varias ocasiones y murió dos años después, el 20 de diciembre de 1996 a causa de una neumonía. 

Sagan fue conocido por su labor como divulgador de la ciencia, por sus esfuerzos para incrementar la comprensión científica del público en general ganandose el reconocimiento de parte de la comunidad científica y de parte del público que creció con sus obras como lo son: "Cosmos", "Contacto" y una variedad de reflexiones acerca del escepticismo científico.