Clarence Birdseye était le sixième des neuf enfants de Clarence Frank Birdseye, avocat dans un cabinet d’assurance, et d’Ada Jane Underwood. Il passe ses premières années à Brooklyn, New York, où sa famille possède une maison de ville à Cobble Hill. Dès l’enfance, Birdseye est obsédé par les sciences naturelles et la taxidermie, qu’il apprend lui-même par correspondance. À l’âge de onze ans, il annonce ses cours dans cette matière. À quatorze ans, la famille déménage dans la banlieue de Montclair, dans le New Jersey, où Birdseye est diplômé de la Montclair High School. Il s’inscrit à l’Amherst College, où son père et son frère aîné avaient obtenu des diplômes. Il y excelle en sciences, bien qu’il soit un élève moyen dans les autres matières. Son obsession pour la collection d’insectes a conduit ses camarades de collège à le surnommer « Bugs ».
Lors de l’été qui suit sa première année, Birdseye travaille pour le ministère de l’Agriculture des États-Unis au Nouveau-Mexique et en Arizona en tant que « naturaliste adjoint », à une époque où l’agence se préoccupe d’aider les agriculteurs et les éleveurs à se débarrasser des prédateurs, principalement des coyotes.
En 1908, les finances de la famille obligent Birdseye à abandonner l’université après sa deuxième année. En 1917, le père de Birdseye et son frère aîné Kellogg sont allés en prison pour avoir fraudé leur employeur ; on ne sait pas si cela était lié au retrait de Birdseye d’Amherst.
Birdseye est à nouveau embauché par le département de l’agriculture des États-Unis, cette fois pour un projet de recensement des animaux dans l’Ouest américain. Il a également travaillé avec l’entomologiste Willard Van Orsdel King (1888-1970) dans le Montana, où, en 1910 et 1911, il a capturé plusieurs centaines de petits mammifères dont King a retiré plusieurs milliers de tiques pour des recherches, les isolant comme la cause de la fièvre boutonneuse des montagnes Rocheuses, une percée.La prochaine affectation de Birdseye sur le terrain, par intermittence de 1912 à 1915, était au Labrador dans le Dominion de Terre-Neuve (qui fait maintenant partie du Canada), où il s’est intéressé davantage à la conservation des aliments par la congélation, en particulier la congélation rapide. Il a acheté des terres à Muddy Bay, où il a construit un ranch pour élever des renards. Les Inuits lui ont appris à pêcher sous la glace très épaisse. Par -40 °C, il a découvert que le poisson qu’il pêchait gelait presque instantanément et qu’une fois décongelé, il avait un goût de fraîcheur. Il a immédiatement reconnu que les fruits de mer congelés vendus à New York étaient de moins bonne qualité que le poisson congelé du Labrador, et que cette connaissance pouvait être lucrative.
Lorsque les aliments sont congelés lentement, à des températures proches du point de congélation, des cristaux de glace se forment à l’intérieur des cellules animales ou végétales ; lorsque les aliments décongèlent, le fluide cellulaire s’échappe des tissus endommagés, donnant aux aliments une consistance pâteuse ou sèche. La congélation rapide, à des températures plus basses, donne aux cristaux moins de temps pour se former et fait donc moins de dégâts.
En 1922, Birdseye a mené des expériences de congélation de poisson à la Clothel Refrigerating Company, puis a créé sa propre entreprise, Birdseye Seafoods Inc, pour congeler des filets de poisson avec de l’air froid à -43 °C (-45 °F). En 1924, sa société a fait faillite en raison du manque d’intérêt des consommateurs pour le produit. La même année, il met au point un tout nouveau procédé de congélation rapide commercialement viable : il s’agit d’emballer le poisson dans des cartons, puis de congeler le contenu entre deux surfaces réfrigérées sous pression. Birdseye crée la General Seafood Corporation pour promouvoir cette méthode.