Sagan telah berkahwin sebanyak tiga kali. Pada tahun 1957, beliau berkahwin dengan ahli biologi Lynn Margulis. Pasangan itu mempunyai dua anak, Jeremy dan Dorion Sagan. Selepas bercerai dengan Margulis, beliau berkahwin dengan artis Linda Salzman pada tahun 1968 dan mereka juga mempunyai anak bersama, Nick Sagan. Semasa perkahwinan ini, Sagan menumpukan perhatian pada kerjayanya, faktor yang mungkin menyumbang kepada perceraian pertama Sagan.[17] Pada 1981, Sagan berkahwin dengan penulis Ann Druyan dan kemudian mereka mempunyai dua anak, Alexandra dan Samuel Sagan. Sagan dan Druyan hidup bersama sehingga kematiannya pada Disember 1996. Beliau tinggal di rumah kebangkitan Mesir di Ithaca yang terletak di pinggir tebing yang pernah menjadi ibu pejabat masyarakat rahsia Cornell.[66]

Isaac Asimov menyifatkan Sagan sebagai satu daripada hanya dua orang yang pernah beliau jumpai yang intelek melampaui sendiri. Yang lain, beliau mendakwa, adalah saintis komputer dan pakar kecerdasan buatan Marvin Minsky.[67]

Sagan sering menulis mengenai agama dan hubungan antara agama dan sains, menyatakan keraguannya tentang konseptualisasi konvensional Tuhan sebagai makhluk hidup. Sebagai contoh:

Sesetengah orang berfikir Tuhan adalah seorang lelaki lelaki yang berpakaian luaran dan berkulit putih dengan janggut putih yang panjang, duduk di atas takhta di mana-mana di sana di langit, dengan gembira menjatuhkan kejatuhan setiap burung pipit. Lain-lain—contohnya Baruch Spinoza dan Albert Einstein—menganggap Tuhan sebagai asasnya jumlah hukum fizikal yang menggambarkan alam semesta. Saya tidak tahu apa-apa keterangan yang kukuh untuk bapa-bapa antropomorfik yang mengawal takdir manusia dari beberapa titik samawi yang tersembunyi, tetapi ia akan menjadi kegilaan untuk menafikan kewujudan undang-undang fizikal.[68]

Dalam penerangan lain mengenai pandangannya mengenai konsep Tuhan, Sagan dengan tegas menulis:

Idea bahawa Tuhan adalah lelaki putih besar dengan janggut yang mengalir yang duduk di langit dan meninggikan kejatuhan setiap burung gagak adalah menggelikan. Tetapi jika oleh Tuhan satu maksudnya hukum fizikal yang mengatur alam semesta, maka dengan jelas ada Tuhan semacam itu. Tuhan ini tidak memuaskan emosi... tidak masuk akal untuk berdoa kepada hukum graviti.[69]

Mengenai ateisme, Sagan mengulas pada tahun 1981:

Seorang ateis adalah seseorang yang pasti bahawa Tuhan tidak wujud, seseorang yang mempunyai bukti yang kuat terhadap kewujudan Tuhan. Saya tidak tahu apa-apa bukti yang kuat. Kerana Tuhan boleh diturunkan ke tempat-tempat dan tempat-tempat terpencil dan sebab-sebab utama, kita perlu tahu lebih banyak tentang alam semesta daripada yang kita lakukan sekarang untuk memastikan bahawa tiada Tuhan semacam itu wujud. Untuk memastikan kewujudan Tuhan dan untuk memastikan ketiadaan Tuhan kelihatannya saya menjadi keterlaluan yang mantap dalam subjek yang penuh dengan keraguan dan ketidakpastian untuk memberi semangat sedikit keyakinan.[70]

Sagan juga mengulas mengenai Kekristianan dan Alkitab Jefferson, yang menyatakan "pandangan saya tentang kekristianan lama adalah bahawa ia mewakili gabungan dari dua bahagian yang kelihatan tidak dapat dibeli, agama Yesus dan agama Paulus. Thomas Jefferson cuba untuk mengeksport bahagian-bahagian Pauline Perjanjian Baru, tidak banyak yang disiapkan ketika beliau sudah menyiapkannya, tetapi itu adalah dokumen yang memberi inspirasi."[71]

Mengenai kerohanian dan hubungannya dengan sains, Sagan menyatakan:

'Roh' berasal dari perkataan Latin 'untuk bernafas'. Apa yang kita bernafas ialah udara, yang pasti penting, namun nipis. Walaupun penggunaan sebaliknya, tidak ada implikasi yang perlu dalam perkataan 'rohani' yang kita bercakap tentang apa-apa selain daripada perkara (termasuk perkara yang dibuat oleh otak), atau apa pun di luar alam sains. Sekali-sekala, saya akan berasa bebas menggunakan perkataan itu. Ilmu bukan sahaja bersesuaian dengan kerohanian; ia adalah sumber rohani yang mendalam. Apabila kita mengenali tempat kita dalam tahun-tahun terang dan dalam perjalanan zaman, ketika kita memahami keengganan, kecantikan, dan kehalusan kehidupan, maka perasaan yang melambung itu, rasa keinginan dan kerendahan hati digabungkan, tentunya rohani.[72]

Rayuan alam sekitar, "Memelihara dan Menyayangi Bumi" yang ditandatangani oleh Sagan dengan para saintis lain yang menyatakan pada Januari 1990, menyatakan "Rekod sejarah menjelaskan bahawa ajaran agama, contoh, dan kepemimpinan berkuasa dapat mempengaruhi perilaku dan komitmen diri.. Oleh itu, terdapat peranan penting untuk agama dan sains."

Menjawab soalan pada tahun 1996 tentang kepercayaan agamanya, Sagan menjawab, "Saya seorang agnostik."[73] Sagan berpendapat bahawa gagasan tentang pencipta Tuhan Alam Semesta sukar untuk membuktikan atau membantah dan penemuan saintifik yang hanya boleh dibangkitkan akan menjadi alam semesta yang tak terhingga.[74] Pandangan Sagan tentang agama telah ditafsirkan sebagai bentuk panteisme yang setanding dengan kepercayaan Einstein terhadap Tuhan Spinoza.[75] Anak lelakinya, Dorion Sagan berkata, "Ayah saya percaya pada Tuhan Spinoza dan Einstein, Tuhan bukan di belakang alam semulajadi tetapi bersifat setara dengannya."[76] Isterinya, Ann Druyan, berkata:

Apabila suami saya meninggal dunia, kerana dia begitu terkenal dan dikenali kerana tidak beriman, ramai orang akan datang kepada saya—ia masih kadang-kadang berlaku—dan bertanya kepada saya jika Carl berubah pada akhir dan memeluk kepercayaan dalam akhirat. Mereka juga sering bertanya kepada saya jika saya fikir saya akan melihatnya lagi. Carl menghadapi kematiannya dengan keberanian yang tidak bersemangat dan tidak pernah memohon perlindungan kepada ilusi. Tragedi itu adalah bahawa kita tahu kita tidak akan pernah melihat satu sama lain lagi. Saya tidak pernah berharap dapat bersatu semula dengan Carl.[77]

Pada tahun 2006, Ann Druyan telah menyunting Syarahan Kuliah Glasgow Gifford Lectures in Natural Theology sebuah buku, The Varieties of Scientific Experience: A Personal View of the Search for God, di mana beliau menerangkan pandangannya tentang ketuhanan di dunia semulajadi.

Sagan juga dianggap sebagai pemikir bebas atau skeptik; salah satu petikannya yang paling terkenal, di Cosmos, "tuntutan luar biasa memerlukan bukti luar biasa"[78] (dipanggil "piawai Sagan" oleh sesetengah orang[79]). Ini berdasarkan kenyataan yang hampir serupa oleh pengasas bersama Jawatankuasa Penyiasatan Saintifik Tuntutan Paranormal, Marcello Truzzi, "Satu tuntutan luar biasa memerlukan bukti yang luar biasa."[80][81] Idea ini telah diperakui sebelum karya Théodore Flournoy From India to the Planet Mars (1899) dari petikan yang lebih panjang oleh Pierre-Simon Laplace (1749-1827), ahli matematik dan astronomi Perancis, sebagai Prinsip Laplace: "Berat keterangan itu harus dikira dengan ketiadaan fakta-fakta."[82]

Dalam kehidupannya, buku Sagan menerangkan pandangannya yang skeptikal dan alami terhadap dunia. Dalam The Demon-Haunted World, beliau mempersembahkan alat untuk menguji hujah dan mengesan orang yang salah atau penipuan, pada dasarnya menganjurkan penggunaan pemikiran kritis dan kaedah ilmiah yang luas. Kompilasi Billions and Billions: Thoughts on Life and Death at the Brink of the Millennium, yang diterbitkan pada tahun 1997 selepas kematian Sagan, mengandungi esei yang ditulis oleh Sagan, seperti pandangannya tentang pengguguran, dan catatan bawahannya, Ann Druyan tentang kematiannya sebagai skeptik, agnostik, dan pemikir bebas.

Sagan memberi amaran terhadap kecenderungan manusia terhadap antroposentrisme. Beliau adalah penasihat fakulti untuk Pelajar Cornell untuk Rawatan Etika Haiwan. Di dalam bab Cosmos "Blues For a Red Planet", Sagan menulis, "Jika ada kehidupan di Marikh, saya percaya kita tidak boleh berbuat apa-apa dengan Marikh. Marikh kemudiannya adalah orang Marikh, walaupun Marikh hanya mikrob."[83]

Sagan merupakan pengguna dan penyokong ganja. Di bawah nama samaran "Encik X", beliau menyumbangkan sebuah esei mengenai menghisap ganja pada tahun 1971 Marihuana Reconsidered.[84][85] Esei ini menjelaskan bahawa penggunaan ganja telah membantu memberi inspirasi kepada beberapa karya Sagan dan meningkatkan pengalaman sensual dan intelektual. Selepas kematian Sagan, kawannya Lester Grinspoon menyampaikan maklumat ini kepada jurubicara Sagan, Keay Davidson. Penerbitan biografi, Carl Sagan: A Life, pada tahun 1999 membawa perhatian media kepada aspek kehidupan Sagan ini.[86][87][88] Tidak lama selepas kematiannya, janda beliau Ann Druyan telah pergi untuk mempengerusikan lembaga pengarah Pertubuhan Kebangsaan bagi Pembaharuan Undang-Undang Ganja (NORML), sebuah pertubuhan bukan keuntungan yang ditugaskan untuk mereformasi undang-undang ganja.[89][90]

Pada 1994, jurutera di Apple Computer menamakan kod Power Macintosh 7100 "Carl Sagan" dengan harapan bahawa Apple akan membuat "berbilion bilion dan berbilion" dengan penjualan PowerMac 7100.[5] Nama itu hanya digunakan secara dalaman, tetapi Sagan prihatin bahawa ia akan menjadi produk sokongan dan menghantar Apple surat berhenti-dan-desist. Apple mematuhi, tetapi jurutera membalas dengan menukar nama kod dalaman kepada "BHA" untuk "Butt-Head Astronomer".[91][92] Sagan kemudian menyaman Apple untuk libel di mahkamah persekutuan. Mahkamah membenarkan pergerakan Apple untuk menolak tuntutan Sagan dan berpendapat dalam dikta bahawa pembaca sedar tentang konteksnya akan memahami Apple telah "jelas cuba untuk membalas dengan cara yang lucu dan menyendiri", dan "Ia menimbulkan sebab untuk menyimpulkan bahawa Defendan cuba mengkritik reputasi atau kecekapan Plaintif sebagai seorang ahli astronomi. Salah satu tidak menyerang keahlian ahli sains dengan menggunakan frasa yang belum ditentukan 'butt-head'."[91][93] Sagan kemudian menggugat penggunaan asal namanya dan kesamaan nama asal Apple, tetapi sekali lagi kalah.[94] Sagan merayu keputusan itu.[94] Pada November 1995, penyelesaian luar mahkamah telah dicapai dan pejabat cap dagang dan paten Apple mengeluarkan kenyataan kesepakatan bahawa "Apple menghormati Dr. Sagan. Tidak pernah niat Apple untuk menyebabkan Dr Sagan atau keluarganya berasa malu atau bimbang."[95] Nama kod ketiga dan akhir Apple untuk projek itu adalah "LAW", dipendekkan untuk "Lawyers are Wimps".[92]

Sagan berkhidmat sebagai penasihat filem Stanley Kubrick 2001: A Space Odyssey.[7]:168 Sagan mencadangkan bahawa filem mencadangkan, bukannya menggambarkan, adikepintaran luar angkasa.[96]