Carl Sagan teve um papel significativo no programa espacial americano desde o seu início. Foi consultor e conselheiro da NASA desde os anos 1950, trabalhou com os astronautas do Projeto Apollo antes de suas idas à Lua, e chefiou os projetos da Mariner e Viking, pioneiras na exploração do sistema solar que permitiram obter importantes informações sobre Vénus e Marte. Participou também das missões Voyager e da sonda Galileu. Foi decisivo na explicação do efeito estufa em Vénus e o descobrimento das altas temperaturas do planeta, na explicação das mudanças sazonais da atmosfera de Marte e na descoberta das moléculas orgânicas em Titã, satélite de Saturno. Ele também foi um dos maiores divulgadores da ciência de todos os tempos ao apresentar a série Cosmos em 1980.
Recebeu diversos prémios e homenagens de diversos centros de pesquisas e entidades ligadas à astronomia, inclusive o maior prémio científico das Américas, o prémio da Academia Nacional de Ciências (no caso, o Public Welfare Medal). Recebeu também 22 títulos honoris causa de universidades americanas, medalhas da NASA por Excepcionais Feitos Científicos, por Feitos no Programa Apollo e duas vezes a Distinção por Serviços Públicos, o Prémio de Astronáutica John F. Kennedy da Sociedade Astronáutica Norte-Americana, o Prémio de Beneficência Pública por “distintas contribuições para o bem estar da humanidade”, a Medalha Tsiolkovsky da Federação Cosmonáutica Soviética, o Prémio Masursky da Sociedade Astronómica Norte-Americana, o prémio Pulitzer de literatura, em 1978, por seu livro Os Dragões do Éden e o prémio Emmy, por sua série Cosmos. Em sua homenagem, o asteróide 2709 Sagan tem o seu nome.