‌کارل سِیگِن در بروکلین، نیویورک در یک خانوادهٔ یهودی زاده‌شد و از دانشگاه شیکاگو دو مدرک کارشناسی، یک مدرک کارشناسی ارشد، و دکترای اخترفیزیک گرفت. او در دانشگاه برکلی و دانشگاه هاروارد مدتی به پژوهش پرداخت و سپس به استادی دانشگاه کرنل رسید.کارل سیگن سه بار ازدواج کرد. ۱۹۵۷ با زیست‌شناس لین مارگولیس ازدواج کرد و دو فرزند به نام‌های جِرمِی و دوریان آوردند. پس‌از جدایی سیگن و مارگولیس، سیگن ۱۹۶۸ با هنرمند لیندا سالزمن ازدواج کرد و یک فرزند به نام نیک آوردند. کارل سیگن در طول این دو ازدواج به‌شدت روی کارش متمرکز بود، که ممکن است در جدایی از همسر اول‌ش اثرگذار بوده‌باشد. او، ۱۹۸۱ با نویسنده ان درایان ازدواج کرد و دو فرزند به نام‌های الکساندرا و ساموئل آوردند. سیگن و درایان تا مرگ سیگن در ۱۹۹۶ با هم بودند.