Clarence Birdseye was het zesde van negen kinderen van Clarence Frank Birdseye, een advocaat bij een verzekeringsmaatschappij, en Ada Jane Underwood. Zijn eerste jaren bracht hij door in Brooklyn, New York, waar zijn familie een herenhuis bezat in Cobble Hill. Van kinds af aan was Birdseye geobsedeerd door natuurwetenschappen en taxidermie, wat hij zichzelf per briefwisseling leerde. Op elfjarige leeftijd maakte hij reclame voor zijn cursussen in dit vak. Op zijn veertiende verhuisde het gezin naar de buitenwijk Montclair, New Jersey, waar Birdseye afstudeerde aan de Montclair High School. Hij schreef zich in aan het Amherst College, waar zijn vader en oudere broer hun diploma hadden behaald. Daar blonk hij uit in wetenschappen, hoewel hij in andere vakken een gemiddelde leerling was. Zijn obsessie met het verzamelen van insecten leidde ertoe dat zijn klasgenoten hem de bijnaam “Bugs” gaven.
In de zomer na zijn eerste jaar werkte Birdseye voor het Amerikaanse ministerie van Landbouw in New Mexico en Arizona als “assistent naturalist”, in een tijd dat het bureau boeren en veeboeren hielp zich te ontdoen van roofdieren, voornamelijk coyotes.
In 1908 dwongen de financiën van de familie Birdseye ertoe zich na zijn tweede jaar terug te trekken van de universiteit. In 1917 gingen Birdseye’s vader en oudere broer Kellogg naar de gevangenis wegens oplichting van hun werkgever; of dit verband hield met Birdseye’s terugtrekking uit Amherst is onduidelijk.
Birdseye werd opnieuw ingehuurd door het Ministerie van Landbouw van de Verenigde Staten, ditmaal voor een project waarbij dieren in het Amerikaanse Westen in kaart werden gebracht. Hij werkte ook samen met entomoloog Willard Van Orsdel King (1888-1970) in Montana, waar hij in 1910 en 1911 enkele honderden kleine zoogdieren ving waaruit King enkele duizenden teken verwijderde voor onderzoek, waarbij hij ze isoleerde als de oorzaak van Rocky Mountain spotted fever, een doorbraak.Birdseye’s volgende veldopdracht, met tussenpozen van 1912 tot 1915, was in Labrador in het Dominion of Newfoundland (nu deel van Canada), waar hij verder geïnteresseerd raakte in het conserveren van voedsel door invriezen, in het bijzonder snel invriezen. Hij kocht land bij Muddy Bay, waar hij een ranch bouwde voor het fokken van vossen. Hij leerde van de Inuit hoe hij onder zeer dik ijs kon ijsvissen. Bij -40 °C ontdekte hij dat de vis die hij ving bijna onmiddellijk bevroor, en wanneer hij ontdooide, vers smaakte. Hij zag onmiddellijk in dat de diepgevroren zeevruchten die in New York werden verkocht van mindere kwaliteit waren dan de diepgevroren vis uit Labrador, en dat deze kennis lucratief kon zijn.
Wanneer voedsel langzaam wordt ingevroren, bij temperaturen dicht bij het vriespunt, vormen zich ijskristallen in de dierlijke of plantaardige cellen; wanneer het voedsel ontdooit, lekt er celvloeistof uit het beschadigde weefsel, waardoor het voedsel een papperige of droge consistentie krijgt. Snel invriezen, bij lagere temperaturen, geeft de kristallen minder tijd om zich te vormen en richt dus minder schade aan.
In 1922 voerde Birdseye vriesexperimenten uit met vis bij de Clothel Refrigerating Company, en richtte vervolgens zijn eigen bedrijf op, Birdseye Seafoods Inc., om visfilets in te vriezen met gekoelde lucht bij -43 °C (-45 °F). In 1924 ging zijn bedrijf failliet bij gebrek aan belangstelling van de consument voor het product. Datzelfde jaar ontwikkelde hij een geheel nieuw procédé voor commercieel levensvatbaar snelvriezen: vis in kartons verpakken en de inhoud vervolgens onder druk invriezen tussen twee gekoelde oppervlakken. Birdseye richtte General Seafood Corporation op om deze methode te promoten.