广东揭阳人，他先后在美国加利福尼亚大学和印第安那大学学习心理学，随后进入哥伦比亚大学和芝加哥大学生理系当研究生。留学期间首先发现视觉与眼球运动功能的中枢部位——顶盖前核（后称蔡氏区）。1924年，发表博士论文《大白鼠的记忆曲线》，翌年获哲学博士学位。1927—1928年，蔡翘受聘于原国立中央大学医学院，创建生理学科，任生理学教授。1937年1月，任职于南京中央大学医学院生理学教授。创办并主编了当时国内惟一的一本生理学刊物《中国生理学会成都分会简报》。抗日时期他作为中美文化交流交换教授，与费孝通等6人应邀赴美讲学一年，向世界介绍中国抗日战争的情况。抗日战争胜利后，他再次领导中央大学医学院生理科教学与研究的恢复工作。1948年当选为中央研究院院士，1955年被选聘为中国科学院学部委员。蔡翘曾任中央大学医学院代理院长、南京大学医学院院长、第五军医大学校长和军事医学科学院副院长等职务，是中国生理学奠基人之一。2011年，一颗小行星被命名为“蔡翘星”。
