20171116追記

下記の記述はCircleCI1.0系についての内容です
2.0については全く別の仕組みになっているため当てはまりません

circle.yml

machineセクションでpyenvを両バージョンで書けばOK
対応しているバージョンはこちら

machine:
  post:
    - pyenv global 2.7.11 3.6.1

使用方法

python, pipコマンドの後ろに 3 を付けると3系での実行になる。

ubuntu@box832:~$ python -V
Python 2.7.11
ubuntu@box832:~$ python3 -V
Python 3.6.1
ubuntu@box832:~$ pip -V
pip 7.1.2 from /opt/circleci/python/2.7.11/lib/python2.7/site-packages (python 2.7)
ubuntu@box832:~$ pip3 -V
pip 9.0.1 from /opt/circleci/python/3.6.1/lib/python3.6/site-packages (python 3.6)

ダメなパターン

下記のような指定をすると3系のみの仮想環境で実行されてしまうので2系が必要なコマンド（GAEのappcfg.pyとか）が失敗してしまう。

machine:
  python:
    version: 3.6.1