Ông là con trai chính khách Hippolyte Carnot và sinh ra ở Limoges, Haute-Vienne. Tên gọi Sadi là để vinh danh người bác Nicolas Léonard Sadi Carnot - nhà vật lý chuyên về nhiệt động học. Cả ông và bác mình đều được gọi ngắn gọn là Sadi Carnot. Ông từng theo học ngành kỹ thuật xây dựng dân dụng.