漢章帝劉旭繼位後，常到各郡縣挑選幼童入宮。公元75年，蔡倫被選入洛陽宮內為太監，當時他15歲。
蔡倫讀書識字，成績優異，於入宮第二年任小黃門，後升為黃門侍郎，掌管宮內外公事傳達及引導諸王朝見、安排就座等事。再後來，蔡倫被提拔為中常侍，隨侍幼帝左右，參與國家機密大事，地位與九卿等同。
漢和帝的皇後鄧綏喜歡舞文弄墨，蔡倫兼任尚方令，主管宮內禦用器物和宮廷禦用手工作坊。他在任職期間，利用供職之便，常到鄉間作坊察看。
103年，京師洛陽一連下了半月的大雨，大雨剛過蔡倫就去民間探訪，這一次他來到了洛陽城外的洛河附近的緱氏鎮，向當地的工匠討教一些技藝。
蔡倫在路過洛河邊的時候，有好幾棵大樹腐爛倒地，樹上還纏繞著一些破漁網，而在這些破樹上，他驚奇地發現了一層和以前的紙“赫蹄”很相似的東西。他拿著這種東西向當地的村民求教。
當地的村民告訴他，這三年來京師年年下大雨，導致洛河水位上升，河邊的一些樹全部浸泡在河水裏腐爛，過了幾個月樹上就會自然形成這種東西。
難道這是樹皮形成的東西？蔡倫忽然意識到這也許就是他苦苦尋找了數年的東西！於是蔡倫就在洛河邊搭建了一個臨時的作坊，用樹皮開始了他的實驗。
為了模擬樹皮腐爛的方式，蔡倫在洛河邊上修了一個小池子，引入洛河之水，將樹皮投入池中浸泡；為了模擬樹皮日曬雨淋的方式，他有將樹皮放在太陽地下暴曬。經過這兩道工序後，樹皮變得脆弱，然後，用石臼將樹皮搗成漿，又做成紙。
蔡倫並沒有因此而沾沾自喜，因為他發現這種紙裏麵有一些細小的雜質存在，用手在紙上撫摸有明顯凹凸感。如何去掉這種雜質呢？他忽然想起了製劍時淬火的工藝，這就是蒸煮。
於是，蔡倫在造紙的流程中首創了蒸煮的方法。這一次所造出的紙讓蔡倫欣喜若狂，這種紙不但成本低，而且潔白，輕硬，原料普遍。看著自己多年的追尋終於有了成果，蔡倫激動萬分。
激動之餘，蔡倫又想，麻的材料也很普遍，自己的造紙工藝能否改良粗糙的麻紙呢？
有一天，蔡倫經過河邊，看到婦女洗蠶絲和抽蠶絲的“漂絮”過程。他發現，好的蠶絲拿走後，剩下的破亂蠶絲，會在席上形成薄薄的一層，而這一層曬幹後，可用來糊窗戶、包東西，也可以用來寫字。
這給了蔡倫很大的啟示，於是他又開始找來了破麻衣和破漁網進行實驗。最後發現用麻所做的紙雖然不如用樹皮的潔白，有些微黃，但是比起原來的麻紙幾乎是天壤之別。
蔡倫將自己的造紙工藝流程記錄成冊，並將自己製造出的紙進獻給了漢和帝。
漢和帝提筆書寫，看著自己的書寫材料竟然是樹皮造出來的，覺得非常新奇，於是在蔡倫的帶領下參觀了洛河邊上的造紙坊。當得知蔡倫是因為看到自己日夜閱讀竹簡而造紙時，漢和帝十分感動，於是下令全國推廣。
人們把這種紙稱為“蔡侯紙”。蔡倫紙的主要原料有檀木、蕘花、菠蘿葉、草木灰、竹子、馬拉巴栗樹糊等。
製作步驟是：
先取檀木，蕘花等樹皮，搗碎，加入草木灰等用蒸煮；再將蒸煮過的樹皮原料，放於向陽山上，日曬雨淋，不斷翻覆，讓樹皮自然變白；將樹皮原料等碾碎，浸泡，發酵，打漿，加入樹糊調和成漿；然後用抄紙器將搗好的紙漿，抄成紙張；將抄好後紙張，置於陽光曬幹。
蔡倫組織並推廣了高級麻紙的生產和精工細作，促進了造紙術的發展，促進皮紙生產在東漢時期創始並發展興旺。同時，由於他受命負責內廷所藏經傳的校訂和抄寫工作，從而形成了大規模用紙高潮，使紙本書籍成為傳播文化的最有力工具，並對世界產生巨大的影響。
根據文獻記載，東漢時期還用樹皮纖維造紙。東漢時期造紙能手左伯，在麻紙技術的基礎上，造出來的紙厚薄均勻，質地細密，色澤鮮明。當時人們稱這種紙為“左伯紙”，或稱“子邑紙”。
左伯是東漢時期有名的學者和書法家。他在精研書法的實踐中，感到蔡侯紙質量還可以進一步提高，就與當時的學者毛弘等人一起研究西漢以來的造紙技藝，總結蔡倫造紙的經驗，改進造紙工藝。
左伯造紙同是用樹皮、麻頭、碎布等為原料，用新工藝造的紙，光亮整潔，適於書寫，使用價值更高，深受當時文人的歡迎。左伯紙與張芝筆、韋誕墨正當時被並稱為文房“三大名品”。
樹皮紙的出現，是東漢時期造紙技術史上一項重要的技術革命。它為紙的製造開辟了一個新的更廣泛的原料來源，促進了紙的產量和質量的提升。
古代造紙術經過了蔡倫的改進，形成了一套較為定型的造紙工藝流程，其過程大致可歸納為原料的分離、打漿、抄造和幹燥4個步驟。
原料的分離，就是用漚浸或蒸煮的方法讓原料在堿液中脫膠，並分散成纖維狀；
打漿，就是用切割和捶搗的方法切斷纖維，並使纖維帚化，而成為紙漿；
抄造，即把紙漿滲水製成漿液，然後用撈紙器即篾席撈漿，使紙漿在撈紙器上交織成薄片狀的濕紙；
幹燥，即把濕紙曬幹或晾幹，揭下就成為紙張。
漢代以後，雖然工藝不斷完善和成熟，但這4個步驟基本上沒有變化，即使在現代，在濕法造紙生產中，其生產工藝與我國古代造紙法仍沒有根本區別。
總之，漢代造紙術是我國古代科學技術的四大發明之一，是中華民族對世界文明作出的一項十分寶貴的貢獻，大大促進了世界科學文化的傳播和交流，深刻地影響著世界曆史的進程。
[旁注]
簡牘 是幾種東西的總稱，指的是竹簡、木簡、竹牘和木牘。在紙發明以前，簡牘是我國書籍的最主要形式，對後世書籍製度產生了深遠的影響。後來有關圖書的名詞術語、書寫格式及寫作方法，依然承襲了簡牘時期形成的傳統。
縑帛 我國古代以絲織品為記錄知識載體的，一般稱為帛書，也有人稱為繒書。因為其色白，故又稱之為素書。縑帛柔軟輕便，幅麵寬廣，宜於畫圖，這些都是簡牘所不具備的優點。但其價昂貴，普通人用不起，而且一經書寫，不便更改，一般隻用為定本，所以縑帛始終未能取代簡牘作為記錄知識的主要載體。
中常侍 西漢時期皇帝近臣，給事左右，職掌顧問應對。中常侍是僅有虛銜的加官。西漢前期隻有常侍之名，或稱常侍郎，為郎官之一，獲此號者多為皇帝愛幸之臣。東漢時期，漢和帝時，蔡倫都從小黃門遷為中常侍。這個官職對東漢末期朝廷走向衰亂產生過較大影響。
九卿 秦九卿為：奉常、郎中令、衛尉、宗正、太仆、廷尉、典客、治粟內史、少府。東漢朝廷中設有九卿的官職。《續漢書》將太常、光祿勳、衛尉、太仆、廷尉、大鴻臚、宗正、大司農、少府謂之九寺大卿，即朝廷各機構的總稱。
洛河 古稱雒水、洛水，是流經古都洛陽的一條著名河流，也是我國文化史上的一條著名河流。古都洛陽因位於洛河以北而得名。相傳，洛河裏生活著洛神。洛河與黃河彙合的河洛地區，是中華文明和中華民族的重要發源地。
皮紙 用桑皮、山埡皮等韌皮纖維為原料製成的紙。紙質柔韌、薄而多孔，纖維細長，但交錯均勻。一般是供糊窗等日用需要，特殊的則作謄寫蠟紙、補強粉雲母紙等的原紙。皮紙是我國古代圖書典籍的用紙之一，與白紙、竹紙、白棉紙等同為線裝書的紙張種類之一。
左伯 特別擅長書寫八分，名聲與毛弘並列，稍遜於邯鄲淳，東漢末年聲名鵲起，又能在紙上書寫。左子邑進一步發展了蔡倫的造紙技術，和韋仲將製的墨，張伯英製作的毛筆並稱於世。這種絕妙的好紙離現在太久遠了，久遠得沒法得到它。
毛弘 東漢時期著名的書法家。研精八分書，也成一家法。兼善古文、隸書、章草。他曾經與當時有名的學者和書法家左伯一起改進蔡倫的蔡侯紙，造出“左伯紙”。
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蔡倫墓祠位於陝西省洋縣城東8000米的龍亭鎮龍亭村，人們常到這裏祭拜偉大的蔡倫。
墓祠分為南北兩部分，墓區居北，其南為祠。祠的中軸線上由南而北依次為山門、拜殿、獻殿。正殿大門上高懸有唐德宗的禦書“蔡侯祠”匾額。殿中有蔡倫塑像。右側壁上繪有“蔡倫紙”製作工藝流程圖，左側壁上繪有蔡倫於114年封為龍亭侯的謝恩圖壁畫。在蔡倫祠中軸線兩側還有鍾樓、鼓樓、廂房、戲樓等古建築和近代書法名家於佑仁為蔡倫墓祠所題草書真跡。
魏晉南北朝造紙術
魏晉南北朝時期，造紙工藝進一步發展，造紙業初步形成規模，加工技術發展迅猛，同時黃紙被大量使用。
這一時期，紙已經成為我國唯一的書寫材料，紙的普及，有力地促進了當時科學文化的傳播和發展。
東漢末年，與中原關係極好的於闐國國王十分青睞中原的絲綢，但當時中原王朝禁止對外輸出蠶絲技術，隻作為商品與國外交易或作為贈品用於外交。
於是，於闐國王以和親的名義向中原王朝求娶劉氏王室公主。中原王朝很痛快地答應了。
在公主臨行前，於闐國的迎親使臣悄悄告訴公主國王急欲得到蠶絲技術的事，公主便將蠶繭藏在自己的帽子裏，將蠶繭帶到了於闐。