Carl David Anderson urodził się w 1905 roku w Nowym Jorku, natomiast posiadał szwedzkie korzenie. Był on jedynym synem Carl'a David'a (ojciec miał tak samo na imię jak syn) i Emmy Adolfiny Ajaxson. W późniejszych latach mały Carl został przy matce, podczas gdy rozwiodła się ona z mężem, ojcem Carla.
Choć Carl uwielbiał sport, to jednak jego pasją były nauki ścisłe. W 1923 roku rozpoczął studia na kalifornijskiej uczelni technicznej, gdzie specjalizował się w inżynierii elektrycznej i fizyce. Cztery lata później uzyskał tytuł licencjata, w 1930 roku miał już doktorat. Początkowo zajmował się promieniami X, a potem asystował przy badaniach promieni kosmicznych.
Carl Anderson wybudował pierwszą komorę Wilsona, którą umieścił w silnym polu magnetycznym i oglądał zdjęcia przelatujących w nich cząstek. W roku 1932 wykonał on fotografię ukazującą dodatni elektron pierwszej cząstki antymaterii. Kolejne badania prowadził na górze Pike's Peak (4300 m wysokości). Dzięki badaniom na górze odkryli oni cząsteczkę, dziś zwaną mionem. W 1936 roku Carl Anderson otrzymał Nagrodę Nobla z fizyki za odkrycie pozytonu.
Carl David Anderson ożenił się w 1946 roku z Lorraine Bergman, z którą miał syna Davida. Zmarł w 1990 roku.
