蔡文姬为人博学多才而又精通音律，早期嫁给河东卫仲道，卫仲道早亡，二人又没有子嗣，于是蔡琰回到自己家里。
兴平二年（195年），中原先后有董卓、李傕等作乱关中，匈奴趁机劫掠，蔡琰被匈奴左贤王掳走。蔡琰在北方生活了有十二年之久，并生下两个孩子。
建安十一年（207年），曹操向来喜爱文学、书法，常与蔡琰的父亲蔡邕有文学、书法上的交流。曹操见蔡邕没有子嗣，用金璧从匈奴那里将蔡琰赎回来，并将蔡琰嫁给董祀。
而后董祀犯了死罪，蔡琰去找曹操给董祀求情。当时曹操正在宴请公卿名士，对满堂宾客说：“蔡邕的女儿在外面，今天让大家见一见。”蔡琰披散着头发光着脚，叩头请罪，说话条理清晰，情感酸楚哀痛，满堂宾客都为之动容。但曹操却说：“可是降罪的文书已经发出去了，怎么办？”蔡琰说：“你马厩里的好马成千上万，勇猛的士卒不可胜数，还吝惜一匹快马来拯救一条垂死的生命吗？”曹操终于被蔡文姬感动，赦免了董祀。
蔡琰回家后伤感悲愤之余作《悲愤诗》二首。此后再无蔡琰相关记载，卒年不详。
范晔：端操有踪，幽闲有容。区明风烈，昭我管彤。
陈陶：气调桓伊笛，才华蔡琰琴。
徐钧：此生已分老沙尘，谁把黄金赎得身。十八拍笳休愤切，须知薄命是佳人。
郝经：①文姬之才辩，不幸而失身绝域。然能传父之业，免夫之死，有足称者，君子责备以为失节过矣。②婉娩淑女，与士并列。至柔动刚，彤管炜节。
罗见麟：寥落中郎后，残生窜殛馀。惊看南过雁，羞逐北旋车。莫按胡奴伯，犹传魏主书。身名终莫赎，千载恨单于。
陆时雍：蔡文姬才气英英。读《胡笳吟》，可令惊蓬坐振，沙砾自飞，真是激烈人怀抱。
屈大均：缇萦能代父，蔡琰不宜家。玉石同焚后，芳声振海涯。
文学
蔡琰归汉后作有《悲愤诗》两首，一首为五言体，一首为骚体。其中五言的那首侧重于“感伤乱离”，是一首以情纬事的叙事诗，是中国诗歌史上第一首文人创作的自传体长篇叙事诗。清代诗论家张玉谷曾作诗称赞蔡琰的五言诗：“文姬才欲压文君，《悲愤》长篇洵大文。老杜固宗曹七步，办香可也及钗裙。”大意是说蔡琰的才华压倒了汉代才女卓文君，曹植和杜甫的五言叙事诗也是受到了蔡琰的影响。
骚体《悲愤诗》由于旨在抒情，首尾两节对被俘入胡和别子归汉的经历都比较简略，中间大篇幅自然风景用以渲染蔡琰离乡背井的悲痛心情，在这些对景物和人情的描述中，蔡琰极言它们与她故乡中土的差异，以此形容自己在这与中土迥异的环境下心情之沉痛悲愤。
音乐
《胡笳十八拍》是中国古乐府琴曲歌辞，长达一千二百九十七字，是一首由十八首歌曲组合的声乐套曲。原载于宋郭茂倩《乐府诗集》卷五十九以及朱熹《楚辞后语》卷三，两本文字小有出入。
明朝人陆时雍在《诗镜总论》中说：“东京风格颓下，蔡文姬才气英英。读《胡笳吟》，可令惊蓬坐振，沙砾自飞，真是激烈人怀抱。”
书法
蔡琰的父亲蔡邕是一位大书法家，创造了八分字体。蔡琰本人对书法也很擅长，韩愈曾说：“中郎（蔡邕）有女能传业。”蔡琰曾在曹操的要求下默写古籍，说自己不管是真书还是草书都可以写。
