W wieku 25 lat uzyskał doktorat z astronomii i astrofizyki. Był profesorem astronomii i nauk kosmicznych w Laboratorium Badań Planetarnych w Cornell University. Był współzałożycielem The Planetary Society i Committee for the Scientific Investigation of Claims Of the Paranormal. Wspierał projekt SETI (the Search for Extraterrestrial Intelligence – poszukiwanie pozaziemskiej inteligencji).
Światowy rozgłos uzyskał jako autor książek popularnonaukowych oraz współautor i prowadzący serial telewizyjny Cosmos. Na podstawie jego powieści Contact w 1997 powstał film o tym samym tytule z Jodie Foster w roli głównej. Również jeden z odcinków Z Archiwum X (sezon 2, odcinek 1) bazuje na podobnych motywach. Także lądownik Mars Pathfinder (1997) został nazwany jego imieniem: „Carl Sagan Memorial Station”.
W 1977 otrzymał Nagrodę Pulitzera za książkę Rajskie smoki. Jego imieniem została nazwana planetoida (2709) Sagan oraz krater marsjański. W 1980 został laureatem Nagrody Lowella Thomasa. Laureat Medalu Oersteda za nauczanie fizyki (1990).
Fot. autorstwa NASA/JPL - Domena publiczna, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1180936