大约公元57年前后，蔡伦出生于一个贫苦的农家，从小家境贫寒，为了维持生计，不得不在永平末年（75年）入宫做了太监。进宫之后，蔡伦做了小黄门，职位相当低。但他头脑灵活，机敏多才，做事又小心谨慎。到了公元89年汉和帝即位后，蔡伦即被升为中常侍，掌管文书，传达诏令，并时常参与国家机密大事，后来又升至尚方令，负责皇室器皿的制造，尚方是专门生产御用品的机构，资金雄厚，技术完备，这给蔡伦提供了良好的研究环境。
蔡伦在少年时代就对造纸有着浓厚的兴趣，做过许多次试验，虽然未能造出纸来，但却让他对造纸的材料和一些基本工艺有了很深的了解。进宫后，他看到皇帝批阅的奏章大多用的是竹简或木牍，极为笨重，也有用缣帛的，但由于成本太高。难于在民间普及。于是他利用做尚方令的有利条件，认真揣摩过去用麻质纤维造纸的经验。经过长期反复实验，对造纸的原料和工艺都进行了改革。他把树皮、麻头、破布和旧鱼网等作为造纸的原料尝试造纸，这样，即扩大了原料的来源。又降低了造纸的成本。
东汉元兴元年（105年），蔡伦将他造的优质纸张进献给汉和帝，汉和帝用后，觉得纸张轻薄而不透漏，写起来非常舒适，对蔡伦大加赞扬，并通令推行全国。汉安帝元初元年（114年），蔡伦因造纸有功，被封龙亭侯，人们便把这种纸称作“蔡侯纸”。经过他的改进，不仅纸张的质量大大提高了，成本也降低了许多，于是很快就在全国流传开来。
蔡伦发明的造纸术和火药、指南针、印刷术一起，并称中国古代四大发明，是中国对世界文明的巨大贡献。
在长期的宫廷生活中，蔡伦深感到没有简易的文字载体的不便，于是下决心要解决这个问题