Clarence Birdseye var det sjette af ni børn af Clarence Frank Birdseye, en advokat i et forsikringsselskab, og Ada Jane Underwood. Hans første år blev tilbragt i Brooklyn, New York, hvor hans familie ejede et byhus i Cobble Hill. Fra barnsben var Birdseye besat af naturvidenskab og taxidermi, som han lærte sig selv pr. korrespondance. I en alder af 11 år reklamerede han for sine kurser i faget. Da han var fjorten, flyttede familien til forstaden Montclair i New Jersey, hvor Birdseye tog eksamen fra Montclair High School. Han indskrev sig på Amherst College, hvor hans far og ældre bror havde opnået eksamensbeviser. Her udmærkede han sig i naturvidenskab, selv om han var en gennemsnitlig studerende i andre fag. Hans besættelse af at samle på insekter fik hans klassekammerater på college til at give ham tilnavnet “Bugs”.
I sommeren efter sit første studieår arbejdede Birdseye for USA’s landbrugsministerium i New Mexico og Arizona som “assisterende naturforsker”, på et tidspunkt hvor agenturet var optaget af at hjælpe landmænd og kvægavlere med at slippe af med rovdyr, hovedsageligt prærieulve.
I 1908 tvang familiens økonomi Birdseye til at trække sig tilbage fra college efter sit andet år. I 1917 kom Birdseyes far og ældre bror Kellogg i fængsel for at have bedraget deres arbejdsgiver; om dette havde forbindelse med Birdseyes tilbagetrækning fra Amherst er uklart.
Birdseye blev endnu engang ansat af United States Agriculture Department, denne gang til et projekt om kortlægning af dyr i det amerikanske vestlige Amerika. Han arbejdede også sammen med entomologen Willard Van Orsdel King (1888-1970) i Montana, hvor han i 1910 og 1911 indfangede flere hundrede små pattedyr, hvorfra King fjernede flere tusinde flåter til forskning og isolerede dem som årsag til Rocky Mountain spotted fever, hvilket var et gennembrud.Birdseye’s næste feltopgave, med mellemrum fra 1912 til 1915, var i Labrador i Dominion of Newfoundland (nu en del af Canada), hvor han blev yderligere interesseret i fødevarekonservering ved frysning, især hurtigfrysning. Han købte jord ved Muddy Bay, hvor han byggede en ranch til opdræt af ræve. Inuitterne lærte ham, hvordan man isfisker under meget tyk is. I vejr med -40 °C opdagede han, at de fisk, han fangede, frøs næsten øjeblikkeligt, og når de tøede op, smagte de friske. Han erkendte straks, at de frosne fisk og skaldyr, der blev solgt i New York, var af lavere kvalitet end de frosne fisk fra Labrador, og at denne viden kunne være lukrativ.
Når fødevarer fryses langsomt ved temperaturer nær frysepunktet, dannes der iskrystaller i de animalske eller vegetabilske celler; når maden tøes op, siver der cellevæske ud fra det beskadigede væv, hvilket giver maden en grødet eller tør konsistens. Hurtig nedfrysning ved lavere temperaturer giver krystallerne mindre tid til at danne sig og forårsager dermed mindre skade.
I 1922 udførte Birdseye forsøg med nedfrysning af fisk hos Clothel Refrigerating Company og etablerede derefter sit eget firma, Birdseye Seafoods Inc. til at nedfryse fiskefileter med køleluft ved -43 °C (-45 °F). I 1924 gik hans firma konkurs på grund af manglende interesse fra forbrugerne for produktet. Samme år udviklede han en helt ny proces til kommercielt levedygtig hurtigfrysning: han pakkede fisk i kartoner og frøs derefter indholdet ned mellem to køleflader under tryk. Birdseye oprettede General Seafood Corporation for at fremme denne metode.