Clarence Birdseye fue el sexto de los nueve hijos de Clarence Frank Birdseye, abogado de una empresa de seguros, y Ada Jane Underwood. Sus primeros años los pasó en Brooklyn, Nueva York, donde su familia tenía una casa adosada en Cobble Hill. Desde la infancia, Birdseye estaba obsesionado con las ciencias naturales y con la taxidermia, que aprendió él mismo por correspondencia. A los once años anunció sus cursos en la materia. Cuando tenía catorce años, la familia se trasladó al suburbio de Montclair, Nueva Jersey, donde Birdseye se graduó en el instituto de Montclair. Se matriculó en el Amherst College, donde su padre y su hermano mayor habían obtenido títulos. Allí destacó en ciencias, aunque fue un estudiante medio en otras materias. Su obsesión por coleccionar insectos hizo que sus compañeros de universidad lo apodaran «Bugs».
En el verano después de su primer año, Birdseye trabajó para el Departamento de Agricultura de los Estados Unidos en Nuevo México y Arizona como «asistente de naturalista», en un momento en que la agencia se preocupaba por ayudar a los agricultores y ganaderos a deshacerse de los depredadores, principalmente los coyotes.
En 1908, las finanzas familiares obligaron a Birdseye a retirarse de la universidad después de su segundo año. En 1917, el padre de Birdseye y su hermano mayor, Kellogg, fueron a la cárcel por defraudar a su empleador; no está claro si esto estuvo relacionado con la retirada de Birdseye de Amherst.
Birdseye fue contratado de nuevo por el Departamento de Agricultura de los Estados Unidos, esta vez para un proyecto de estudio de los animales en el Oeste americano. También trabajó con el entomólogo Willard Van Orsdel King (1888-1970) en Montana, donde, en 1910 y 1911, capturó varios centenares de pequeños mamíferos de los que King extrajo varios miles de garrapatas para su investigación, aislándolas como causa de la fiebre maculosa de las Montañas Rocosas, lo que supuso un gran avance.La siguiente misión de campo de Birdseye, de forma intermitente entre 1912 y 1915, fue en Labrador, en el Dominio de Terranova (ahora parte de Canadá), donde se interesó aún más por la conservación de los alimentos mediante la congelación, especialmente la congelación rápida. Compró tierras en Muddy Bay, donde construyó un rancho para criar zorros. Los inuit le enseñaron a pescar en hielo bajo un hielo muy grueso. En un clima de -40 °C, descubrió que el pescado que pescaba se congelaba casi al instante y, cuando se descongelaba, tenía un sabor fresco. Reconoció inmediatamente que el marisco congelado que se vendía en Nueva York era de menor calidad que el pescado congelado del Labrador, y que este conocimiento podía ser lucrativo.
Cuando los alimentos se congelan lentamente, a temperaturas cercanas al punto de congelación, se forman cristales de hielo dentro de las células animales o vegetales; cuando el alimento se descongela, el fluido celular se escapa del tejido dañado, dando al alimento una consistencia blanda o seca. La congelación rápida, a temperaturas más bajas, da menos tiempo a los cristales para que se formen y, por tanto, provoca menos daños.
En 1922, Birdseye llevó a cabo experimentos de congelación de pescado en la Clothel Refrigerating Company, y luego creó su propia empresa, Birdseye Seafoods Inc. para congelar filetes de pescado con aire frío a -43 °C (-45 °F). En 1924, su empresa quebró por falta de interés de los consumidores en el producto. Ese mismo año, desarrolló un proceso totalmente nuevo para la congelación rápida comercialmente viable: envasar el pescado en cajas de cartón y luego congelar el contenido entre dos superficies refrigeradas bajo presión. Birdseye creó General Seafood Corporation para promover este método.