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1960年，卡罗尔出生于美国俄亥俄州托莱多。他很小的时候就喜欢翻动石头去寻找蛇的踪迹，10多岁就开始养蛇。这些幼年时期的活动，让卡罗尔注意到了蛇身上的图案，并且想知道这些图案是如何形成的。
卡罗尔在圣路易斯华盛顿大学获得生物学学士学位，在塔夫茨大学获得免疫学博士学位，并在科罗拉多大学波尔得分校做博士后研究工作。1987年，卡罗尔在威斯康星大学麦迪逊分校建立了实验室，专门研究基因如何以各种各样的方式产生了我们所看到的多样性。
卡罗尔目前是威斯康星大学分子生物学和遗传学教授。他带领的研究团队以果蝇作为模式动物，发表了一系列论文，解释了基因在胚胎期的激活如何控制其翅膀的发育，并一直在寻找蝴蝶身上的对应基因。
2009年9月至2013年3月，他还一直为《纽约时报》撰写“非凡的生物”（Remarkable Creatures）专栏文章，介绍动物进化研究中的一些新发现。
2010年，卡罗尔被任命为霍华德·休斯医学研究所副所长。2011年，霍华德·休斯医学研究所发布了6 000万美元的“科学电影拍摄计划”，致力于把关于科学和科学家的故事讲给普通观众和课堂里的学生听。卡罗尔是这一计划的总设计师。
为了纪念《物种起源》出版150周年和达尔文诞辰200周年，卡罗尔曾根据自己的《无尽之形最美》（ Endless Forms Most Beautiful ）和《造就适者》（ The Making of the Fittest ）两部著作，拍摄了纪录片《达尔文所不知道的事》（ What Darwin Never Knew ），探讨了进化科学的最新发展。
为了向大众普及科学知识，霍华德·休斯医学研究所成立了自己的制片公司Tangled Bank Studios，卡罗尔是执行制片人。2014年，卡罗尔根据尼尔·舒宾的名作《你是怎么来的》（ Your Inner Fish ），拍摄了三集同名科学影片。2017年，他拍摄了纪录片《亚马孙冒险》（ Amazon Adventure ）。
卡罗尔的工作给成千上万在校学生带来了福音，因为他的那些科学短片和教育素材都是免费的。
卡罗尔是美国国家科学院院士和美国艺术与科学院院士，他还是美国科学促进会会士。
1989年，他获得了大密尔沃基基金会的“肖科学家奖”。
2010年，他获得了进化研究学会的史蒂芬·杰伊·古尔德奖。
2012年，卡罗尔获得了富兰克林生命科学奖。他提出并证明了：动物生命的多样性和多重性，主要是由于相同基因的不同调节方式，而不是基因自身的突变。
2016年，卡罗尔获得了洛克菲勒大学的刘易斯·托马斯科学写作奖。获得这一奖项的科学作家还包括爱德华·威尔逊、奥利弗·萨克斯、贾雷德·戴蒙德和理查德·道金斯。
肖恩·B. 卡罗尔著作
《生命的法则》
《进化的偶然》
《非凡的生物》
《无尽之行最美》
献给我的哥哥皮特
他多年来一直怂恿我写点像本书这样的东西
我希望我写得还不算太糟糕
偶然地，我们生活着；碰巧了，我们被统治着。
塞涅卡（Seneca）
古罗马政治家、哲学家
所有人的出现，无论是活着的还是死去的，都纯属偶然。
库尔特·冯内古特（Kurt Vonnegut）
美国作家