Clarence Birdseye var det sjätte av nio barn till Clarence Frank Birdseye, advokat på ett försäkringsbolag, och Ada Jane Underwood. Hans första år tillbringades i Brooklyn, New York, där familjen ägde ett radhus i Cobble Hill. Redan från barnsben var Birdseye besatt av naturvetenskap och taxidermi, som han lärde sig själv genom korrespondens. Vid elva års ålder annonserade han sina kurser i ämnet. När han var fjorton flyttade familjen till förorten Montclair i New Jersey, där Birdseye tog examen från Montclair High School. Han skrev in sig vid Amherst College, där hans far och äldre bror hade tagit examen. Där utmärkte han sig i naturvetenskap, även om han var en genomsnittlig elev i andra ämnen. Hans besatthet av att samla insekter ledde till att hans klasskamrater på college gav honom smeknamnet ”Bugs”.
Sommaren efter sitt första år arbetade Birdseye för USA:s jordbruksdepartement i New Mexico och Arizona som ”biträdande naturforskare”, vid en tidpunkt då myndigheten var angelägen om att hjälpa jordbrukare och boskapsuppfödare att göra sig av med rovdjur, främst prärievargar.
Sommaren 1908 tvingade familjens ekonomi Birdseye att avbryta sina studier på college efter sitt andra år. År 1917 hamnade Birdseyes far och äldre bror Kellogg i fängelse för bedrägeri mot sin arbetsgivare; om detta hade något samband med att Birdseye lämnade Amherst är oklart.
Birdseye anställdes återigen av USA:s jordbruksdepartement, den här gången för ett projekt om kartläggning av djur i den amerikanska västern. Han arbetade också med entomologen Willard Van Orsdel King (1888-1970) i Montana, där han 1910 och 1911 fångade flera hundra små däggdjur från vilka King avlägsnade flera tusen fästingar för forskning och isolerade dem som orsaken till Rocky Mountain spotted fever, vilket var ett genombrott. 1912-1915 fick Birdseye sitt nästa uppdrag på fältet i Labrador i Dominion Newfoundland (som nu är en del av Kanada), där han började intressera sig ytterligare för konservering av livsmedel genom frysning, särskilt snabbfrysning. Han köpte mark i Muddy Bay, där han byggde en ranch för uppfödning av rävar. Inuiterna lärde honom hur man isfiskar under mycket tjock is. I -40 °C väder upptäckte han att fisken han fångade frös nästan omedelbart, och när den tinades upp smakade den fräsch. Han insåg genast att den frysta fisk och skaldjur som såldes i New York var av sämre kvalitet än den frysta fisken från Labrador, och att denna kunskap kunde vara lukrativ.
När maten fryses långsamt, vid temperaturer nära fryspunkten, bildas iskristaller i de animaliska eller vegetabiliska cellerna; när maten tinar läcker cellvätska från den skadade vävnaden, vilket ger maten en mustig eller torr konsistens. Snabb frysning vid lägre temperaturer ger kristallerna mindre tid att bildas och orsakar därmed mindre skada.
1922 utförde Birdseye experiment med frysning av fisk vid Clothel Refrigerating Company och grundade sedan sitt eget företag Birdseye Seafoods Inc. för att frysa fiskfiléer med kyld luft vid -43 °C (-45 °F). År 1924 gick hans företag i konkurs på grund av bristande konsumentintresse för produkten. Samma år utvecklade han en helt ny process för kommersiellt gångbar snabbfrysning: fisk packades i kartonger och innehållet frystes sedan under tryck mellan två kylytor. Birdseye skapade General Seafood Corporation för att främja denna metod.