蔡倫出身於東漢初年大湊山下從事冶鑄的一個鐵匠世家，他的祖上是打鐵的。衛颯上任桂陽郡太守後，在桂陽設置鐵官，蔡家因此與朝廷官員有了緊密的聯繫。
小時候，他在大湊山麓一處被稱作石林的鄉學啓蒙讀書，習《周禮》，讀《論語》，尤其對周邊的生產、生活環境很感興趣，比如冶煉、鑄造，種麻、養蠶。少年蔡倫，已經是滿腹經綸，很有才學。
根據蔡倫後人的傳說，蔡倫是在18歲以後，由京城到桂陽管理調運採冶鑄鐵的官員推薦，才進皇宮做了宦官。這一年，是漢明帝永平十八年（公元75年）。從史料分析，蔡倫是中國華南地區甚至江南地區第一位走進朝廷，進入皇宮爲官的人。
他被選入宮後，開始是在皇宮旁舍嬪妃所居的掖庭當差，幾年後提升爲出入皇宮、傳遞詔令的小黃門宦官。蔡倫的才華越來越顯露出來。系奉竇皇后之命監管宋貴人之事，建初七年，竇後設計誣陷宋貴人，蔡倫“驗實”。到漢和帝即位時（公元89年），升遷爲出入朝廷、侍從天子的中常侍，豫參帷幄之中，成了傳達詔令、掌理文書、參預朝政的高等宦官。
漢和帝剛登上皇帝寶座時，年齡尚幼，蔡倫曾服侍過的竇皇后成爲皇太后，把持朝政，皇權旁落外戚竇氏家族。竇太后的同胞竇憲等四個兄弟都爲顯貴，擅威權，謀不軌，炎勢傾朝野。心性秉直的蔡倫看不慣這些，便與大宦官鉤盾令鄭衆首謀，扶助和帝，乘竇憲出征班師回朝之機，收竇憲大將軍印，清除了竇氏專權的弊端，鞏固了和帝的皇權統治。永元九年（公元97年），“監作秘劍及諸器械”；此前，由中常侍“加位尚方令”。
蔡倫兼任尚方令時，掌管尚方，這是一個主管皇宮製造業的機構，“尚方寶劍”就是尚方製作的寶劍，後來成爲最高權力的象徵。因史書記載闕如，如今已無從考證這個任命是怎麼發生的，但這無疑是中國歷史上最正確的任命之一。當時的皇宮作坊，集中了天下的能工巧匠，代表那個時代製造業最高水準，爲蔡倫提供了一個極好的平臺，他的個性、愛好以及他在工程技術方面的過人天資，在這個工作崗位上得到井噴式的展現。
永元九年（公元97年）尚方製作的刀劍等器物，“莫不精工堅密，爲後世法”。也就是說，他大幅度改進了製作工藝，達到極高水準，並長期居於技術的頂峰。晚蔡倫三四十年的崔寔在《政論》中寫道：“有蔡太僕之弩，及龍亭九年之劍，至今擅名天下。”“蔡太僕”、“龍亭”，指的都是蔡倫，他已成爲兵器“品牌”。
改進造紙術時的蔡倫主管監督製造宮中用的各種器物。他挑選出樹皮、破麻布、舊漁網等，讓工匠們把它們切碎剪斷，放在一個大水池中浸泡。過了一段時間後，其中的雜物爛掉了，而纖維不易腐爛，就保留了下來。他再讓工匠們把浸泡過的原料撈起，放入石臼中，不停攪拌，直到它們成爲漿狀物，然後再用竹篾把這粘乎乎的東西挑起來，等乾燥後揭下來就變成了紙。蔡倫帶着工匠們反覆試驗，試製出既輕薄柔韌，又取材容易、來源廣泛、價格低廉的紙。
元興元年（公元105年）蔡倫向漢和帝獻紙，蔡倫將造紙的方法寫成奏摺，連同紙張呈獻皇帝，得到皇帝的讚賞，便詔令天下朝廷內外使用並推廣，朝廷各官署、全國各地都視作奇蹟。九年後，蔡倫被封爲“龍亭侯”，食邑300戶。由於在全國各地逐步推行的新造紙方法是蔡倫發明的，人們便把這種紙都稱爲“蔡侯紙”。
蔡倫的造紙術沿着絲綢之路經過中亞、西歐向整個世界傳播，爲世界文明的傳承和發展起着不可磨滅的貢獻
有個叫尤文一的秀才，寒窗苦讀十幾年，卻沒能考中舉人。他便棄筆從商，投在大發明家蔡倫的門下學習紙。尤秀才聰明過人，很受蔡倫的器重。蔡倫就把自己的技術全部傳給了尤秀才。
過了幾年，蔡倫死了，尤秀才就繼承了蔡倫的事業，造起紙來。他造的紙又多又好，可當時用紙的人很少，造出的紙賣不出去，庫房裡堆積如山。爲此，尤秀才十分犯愁，漸漸地茶飯不進，臥牀不起，三天沒過，竟然閉上眼睛死去了。家裡人頓時哭得死去活來。左鄰右舍知道了這個消息，也都過來幫助料理喪事尤秀才的妻子哭著對大夥說：“咱們家境不好，沒有甚麼可以陪葬，就把這些紙燒了給他做陪葬吧！”
於是，專門派一個人在尤秀才的靈前燒紙。到了第三天，尤秀才突然坐起來，嘴裡還不停地叫著：“快燒紙，快燒紙。”人們以爲尤秀才起屍，都害怕起來。尤秀才卻說：“不要害怕，我是真的活了，是閻王老爺把我放回來。”人們都感到十分奇怪，
紛紛尋問根由尤秀才說：“是你們燒的這些紙救了我。這些紙燒化之後，到了陰曹地府就變成了錢。我用這些錢買通了閻王爺，閻王老爺就把我放回來了。”家裡人聽了，無不歡天喜地，就又燒了不少紙。
這件事傳出之後，也有人不相信。一個有錢有勢的老員外把尤秀才找去，對他說：“我家用金錢陪葬，不是比紙值錢的多嗎？尤秀才說：“員外不知，這金銀是人間所用的，決帶不到地獄去，不信，員外可掘開祖墳，那些陪葬的金銀保證分毫沒動。”員外聽了點頭稱是。於是，買紙的人一下子多起來，尤秀才造出的紙還供不上賣哩。
其實，尤秀才並不是真的死而復生，袛不過是爲了多賣紙，和妻子商量好設下的一個計策。然而，給死人燒紙的風俗卻一直流傳下來了。