东汉湖南耒阳县人。字敬仲，生年不详。明帝末年入宫充宦官，中历小黄门。和帝时，为中常待，开始参预朝政。曾任主管宫廷御用器物制造的尚方令。
以前，人们用缣帛或竹、木简写字。“缣贵而简重，不便于人”。至西汉时，出现一种原始纸。人们在漂洗丝絮时，经常在篾席上揭出一层薄絮，可以书写，人称絮纸；漂麻时，也有类似发现，称为麻纸。这种原始纸张，既不常用，数量也少，而且块片小，不方正，使用也不便。
蔡伦为尚方令时，受到启发，组织能工巧匠，开始研制纸张。汲取前人经验，在原料上，从麻木推想到麻头、破布、旧鱼网和树皮等；在制作方法上，将 原料捣碎，再经悬浮、抄造。开始采用单一原料，后又将几种原料混合在一起，成为多种原料，实行新法造纸。元兴元年（105）获得成功，用于书写，逐步取代 缣帛、竹木简和原始纸类。安帝元初元年（114），受封为龙亭侯，食邑300户。此种纸张，人称“蔡伦纸”。后世也因此将蔡伦传为我国造纸术的发明人。
先是，在章帝时，蔡伦受窦皇后指使，罗织罪名，将安帝祖母宋贵人迫害致死。永宁二年（121）三月，邓太后逝世，安帝亲政，追究其罪责，伦自杀。
蔡伦死后，所发明的造纸术，东传日本，西传欧洲，是人类文化史上一项重大贡献。事见《后汉书·宦者传》。
