蔡伦出身于东汉初年大凑山下从事冶铸的一个铁匠世家，他的祖上是打铁的。卫飒上任桂阳郡太守后，在桂阳设置铁官，蔡家因此与朝廷官员有了紧密的联系 。
小时候，他在大凑山麓一处被称作石林的乡学启蒙读书，习《周礼》，读《论语》，尤其对周边的生产、生活环境很感兴趣，比如冶炼、铸造，种麻、养蚕。少年蔡伦，已经是满腹经纶，很有才学 。根据蔡伦后人的传说，蔡伦是在18岁以后，由京城到桂阳管理调运采冶铸铁的官员推荐，才进皇宫做了宦官。这一年，是汉明帝永平十八年(公元75年)。从史料分析，蔡伦是中国华南地区甚至江南地区第一位走进朝廷，进入皇宫为官的人 。
他被选入宫后，开始是在皇宫旁舍嫔妃所居的掖庭当差，几年后提升为出入皇宫、传递诏令的小黄门宦官。蔡伦的才华越来越显露出来 。系奉窦皇后之命监管宋贵人之事，建初七年，窦后设计诬陷宋贵人，蔡伦“验实“ 。到汉和帝即位时(公元89年)，升迁为出入朝廷、侍从天子的中常侍，豫参帷幄之中，成了传达诏令、掌理文书、参预朝政的高等宦官 。
汉和帝刚登上皇帝宝座时，年龄尚幼，蔡伦曾服侍过的窦皇后成为皇太后，把持朝政，皇权旁落外戚窦氏家族。窦太后的同胞窦宪等四个兄弟都为显贵，擅威权，谋不轨，炎势倾朝野。心性秉直的蔡伦看不惯这些，便与大宦官钩盾令郑众首谋，扶助和帝，乘窦宪出征班师回朝之机，收窦宪大将军印，清除了窦氏专权的弊端，巩固了和帝的皇权统治 。
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