东汉桂阳（郡治在今湖南郴州）人。章帝建初年间入宫为小黄门，和帝时为中常侍，后加位尚方令。永元九年（公元97）监作秘剑及诸器械。元兴元年（105）用树皮、麻头、破布、旧渔网为原料造纸。安帝元初元年（114）封为龙亭侯。建光元年（121）因宫廷斗争被迫服毒自尽。

蔡伦去世后30年，刘珍等编的《东观汉记》，南朝宋范晔编撰的《后汉书·蔡伦传》，对蔡伦造纸的原料和工艺均有记载。称蔡伦“造意用树肤、麻头及敝布渔网以为纸，元兴元年奏上之，帝善其能，自是莫不从用焉，故天下咸称‘蔡侯纸’”。汉末董巴《舆服志》、西晋张华《博物志》对蔡伦造纸方法的记载是“蔡伦始捣故渔网以作纸”“蔡伦以故布剉捣作纸”。

过去有文献曾将蔡伦定为造纸术发明人。近百年来，在甘肃、陕西等地多处发现西汉纸实物，最早者为公元前2世纪的纸。因此认为，蔡伦是吸纳了前人的经验，对造纸工艺作了改革，扩大了造纸原料，并以沤、剉、捣、抄一套工艺技术，造出了达到书写实用水平的植物纤维纸，在造纸史上有重大贡献。古代文献对蔡伦造纸多有记载，使造纸技术得以流传和发展，并传播到世界各地，成为人类历史上的重大发明。