大約公元57年前後，蔡倫出生於一個貧苦的農家，從小家境貧寒，為了維持生計，不得不在永平末年（75年）入宮做了太監。進宮之後，蔡倫做了小黃門，職位相當低。但他頭腦靈活，機敏多才，做事又小心謹慎。到了公元89年漢和帝即位後，蔡倫即被升為中常侍，掌管文書，傳達詔令，並時常參與國家機密大事，後來又升至尚方令，負責皇室器皿的製造，尚方是專門生產御用品的機構，資金雄厚，技術完備，這給蔡倫提供了良好的研究環境。

蔡倫在少年時代就對造紙有著濃厚的興趣，做過許多次試驗，雖然未能造出紙來，但卻讓他對造紙的材料和一些基本工藝有了很深的瞭解。進宮後，他看到皇帝批閱的奏章大多用的是竹簡或木牘，極為笨重，也有用縑帛的，但由於成本太高。難於在民間普及。於是他利用做尚方令的有利條件，認真揣摩過去用麻質纖維造紙的經驗。經過長期反覆實驗，對造紙的原料和工藝都進行了改革。他把樹皮、麻頭、破布和舊魚網等作為造紙的原料嘗試造紙，這樣，即擴大了原料的來源。又降低了造紙的成本。

東漢元興元年（105年），蔡倫將他造的優質紙張進獻給漢和帝，漢和帝用後，覺得紙張輕薄而不透漏，寫起來非常舒適，對蔡倫大加讚揚，並通令推行全國。漢安帝元初元年（114年），蔡倫因造紙有功，被封龍亭侯，人們便把這種紙稱作“蔡侯紙”。經過他的改進，不僅紙張的質量大大提高了，成本也降低了許多，於是很快就在全國流傳開來。

蔡倫發明的造紙術和火藥、指南針、印刷術一起，並稱中國古代四大發明，是中國對世界文明的巨大貢獻。