Ihr Vater war der Musiker Cai Yong. Ihr Geburtsname lautete Cai Yan (chin. 蔡琰, Cài Yăn), aber sie ist heute unter ihrem Hofnamen bekannt.

Cai Wenji schrieb 18 Lieder für Flöte. Die Guqin-Stücke Da Hujia, Xiao Hujia und Hujia Shiba Bai werden ihr ebenfalls zugeschrieben. Auf der Venus ist ein Krater nach ihr benannt.

Während aus historischen Quellen über ihr Leben wenig bekannt ist, erhält ihre Figur in Luo Guanzhongs Roman Die Geschichte der Drei Reiche klarere Konturen. Sie heiratet einen gewissen Wei Zhongdao, wird bei einem Angriff der Xiongnu auf Chang'an von Ce Xian, Kronprinz zur Linken (chin. 左賢王), verschleppt. Die nächsten Jahre verbringt sie in der Nähe der heutigen Mongolei als Konkubine.

Dem Kanzler Cao Cao tut Cai Yong leid, weil seine Tochter in die Einöde verschleppt wurde, und er sendet den Xiongnu Gold und Jade, um Cai Wenji freizukaufen. Da ihre Gemahl inzwischen verstorben ist, wird Cai Wenji nach ihrer Heimkehr mit Dong Si verheiratet, einem Freund Cao Caos.

Cai Wenjis Heimkehr wird auf dem bekannten Jin-Gemälde „Cai Wenji kehrt in ihre Heimat zurück“ (chin. 文姬歸漢圖) dargestellt, das vermutlich von einem Han-Beamten namens Zhang Yu stammt. Es ist heute im Museum für Kunst in der Jilin-Provinz ausgestellt.

Auf der 5-Yuan-Münze ist Cai Wenji mit einer Harfe abgebildet.

蔡文姬（生卒年不详），本名琰，原字昭姬，晋时因避司马昭讳，改字文姬。东汉陈留（今河南开封杞县）人。东汉大文学家蔡邕之女，东汉末年三国文学家，诗人。
蔡文姬早年博学有才辩，精通音律。初嫁河东卫仲道，夫亡无子，归宁于家。汉末，天下丧乱，献帝兴平（194年-195年）中为匈奴骑兵所获，身陷南匈奴12年，与左贤王生了两个儿子。曹操早先与蔡邕交情较深，痛惜蔡邕为王允所杀而无子 嗣，派遣使者用金璧将蔡文姬赎回。蔡文姬回来后再嫁同郡董祀。董祀为屯田都尉，犯法当死，蔡文姬遂诣曹操为其夫请情。曹操为蔡文姬所求而感动，宽恕了董祀之罪。蔡文姬回家后伤感悲愤，此后再无蔡文姬的记载。
蔡文姬是汉朝最后一个集大成的才女。代表作为《悲愤诗》，一为五言，一为骚体，学术界对此颇有争议，一说五言为真，骚体为伪作，或以反之。五言内容似与其身世经历无所不合，故学者多信此诗。 《悲愤诗》情真意切，激昂酸楚，技巧圆熟，意境深远，在建安诗歌中自成一体，也是中国诗歌史上第一首自传体的五言长篇叙事诗。 《胡笳十八拍》也是蔡文姬颇具争议的诗作，中国现代作家郭沫若认定其为蔡文姬的作品，掀起过一阵热烈的讨论，该诗还被使用在了其创作的历史剧《蔡文姬》中。