蔡邕早年拒朝廷征召之命，后被征辟为司徒掾属，任河平长、郎中、议郎等职，曾参与续写《东观汉记》及刻印熹平石经。后因罪被流放朔方，几经周折，避难江南十二年。董卓掌权时，强召蔡邕为祭酒。三日之内，历任侍御史、治书侍御史、尚书、侍中、左中郎将等职，封高阳乡侯，世称“蔡中郎”。董卓被诛杀后，蔡邕因在王允座上感叹而被下狱，不久便死于狱中，年六十。

蔡邕精通音律，才华横溢，师事著名学者胡广。除通经史、善辞赋之外，又精于书法，擅篆、隶书，尤以隶书造诣最深，有“蔡邕书骨气洞达，爽爽有神力”的评价。所创“飞白”书体，对后世影响甚大，被《书断》评为“妙有绝伦，动合神功”。他生平藏书多至万余卷，晚年仍存四千卷。有文集二十卷，早佚。明人张溥辑有《蔡中郎集》，《全后汉文》对其著作也多有收录。

蔡邕是汉代最后一位辞赋大家。其所作赋绝大多数为小赋，取材多样，切近生活，语言清新，往往直抒胸臆，富于世态人情，很有艺术的感染力。其代表作品为《述行赋》。全赋短小精悍，感情沉痛，批判深刻，情辞俱佳，是汉末抒情小赋的力作。他小赋的题材多样，他甚至用以表现男女情爱，风格大胆而直率。《青衣赋》就是相当感人的作品。在这篇言情小赋中，他真实地坦露了对一位出身微贱的美女的爱情，以真挚的感情，表现了人情与封建礼法的矛盾撞击。

蔡邕的散文长于碑记，工整黄雅，多用排偶，旧时颇受推重。

据《后汉书·蔡邕传》载，蔡邕曾收集汉朝历史，没有看见写下来作后史。只有所作《灵纪》及十意，又补诸列传四十二篇，因李傕作乱散失，大多亡佚。所著诗、赋、碑、诔、铭、赞，连珠、箴、吊、论议、《独断》、《劝学》、《释诲》、《叙乐》、《女训》、《篆执》，祝文、章表、书记，共104篇传于世。 [40] 

蔡邕诗歌现流传有400多首。但由于当时战乱连年，没有保存原稿流传下来，均由其女蔡琰凭借惊人的记忆力默写而来。

蔡邕生平喜藏书，多至万余卷，晚年将所藏之书载数车悉数赠给王粲，家存藏书还有四千多卷。

《隋书·经籍志》著录有其文集20卷，早佚。明人张溥辑有《蔡中郎集》二卷。丁绍仪《全汉诗·卷七》亦载其作品。严可均《全后汉文》卷69~卷80对其奏疏词赋等作品多有收录。

蔡邕工篆书、隶书，尤以隶书著称，其字结构严整，点画俯仰，体法多变。灵帝命工修理鸿都门（东汉时称皇家藏书之所为鸿都），工匠用扫白粉的帚在墙上写字，蔡邕从中受到启发而创造了“飞白书”。这种书体，笔画中丝丝露白，似用枯笔写成，为一种独特的书体，对后世影响甚大。唐张怀瓘《书断》评论蔡邕飞白书时说“飞白妙有绝伦，动合神功”。

蔡邕因负盛名，所以后世把一些碑刻和论著附合成蔡邕名义的伪作也不少。据说，其真迹在唐时已至罕见。

熹平四年（175年），蔡邕有感于经籍距圣人著述的时间久远，文字错误多，被俗儒牵强附会，贻误学子。于是与五官中郎将堂溪典、光禄大夫杨赐、谏议大夫马日磾、议郎张驯、韩说、太史令单飏等任，奏请正定《六经》的文字。灵帝予以批准，蔡邕于是用红笔亲自写在碑上，让工人刻好立在太学的门外，这就是中国第一部石经“熹平石经”（又称汉石经、一体石经）。后来的儒者学生，都以此为标准经文。碑新立时，来观看及摹写的，一天之内，车子就有一千多辆，街道也因此堵塞。