廣東揭陽人，他先後在美國加利福尼亞大學和印第安那大學學習心理學，随後進入哥倫比亞大學和芝加哥大學生理系當研究生。留學期間首先發現視覺與眼球運動功能的中樞部位——頂蓋前核（後稱蔡氏區）。1924年，發表博士論文《大白鼠的記憶曲線》，翌年獲哲學博士學位。1927—1928年，蔡翹受聘于原國立中央大學醫學院，創建生理學科，任生理學教授。1937年1月，任職于南京中央大學醫學院生理學教授。創辦并主編了當時國内惟一的一本生理學刊物《中國生理學會成都分會簡報》。抗日時期他作為中美文化交流交換教授，與費孝通等6人應邀赴美講學一年，向世界介紹中國抗日戰争的情況。抗日戰争勝利後，他再次領導中央大學醫學院生理科教學與研究的恢複工作。1948年當選為中央研究院院士，1955年被選聘為中國科學院學部委員。蔡翹曾任中央大學醫學院代理院長、南京大學醫學院院長、第五軍醫大學校長和軍事醫學科學院副院長等職務，是中國生理學奠基人之一。2011年，一顆小行星被命名為“蔡翹星”。
