1868年1月11日，同治丁卯年十二月十七日出生在浙江省绍兴府的山阴县。1871年，同治辛未十年4岁的蔡元培入家塾。
1878年，光绪戊寅四年，蔡元培11岁，父亲蔡光普因病早逝。
1879年，光绪五年12岁时，寄居到姨母家读书。1880年，光绪六年蔡元培13岁时由姨母家转到李姓塾师家读书。
1884年，光绪甲申十年蔡元培17岁时，考取秀才。1885年，光绪十一年蔡元培18岁时，设馆教书。
1889年，光绪己丑十五年蔡元培22岁时中举人。 同年迎娶了他的第一位夫人王昭。1890年，光绪十六年，蔡元培23岁时，进京会试得中成为贡士，未殿试。
1892年，光绪十八年蔡元培25岁时，经殿试中进士，被点为翰林院庶吉士。殿试策论成绩为二甲三十四名(等于全国统考第三十七名)，内容是“西藏的地理位置”。
1894年，光绪甲午二十年蔡元培27岁时，春应散馆试，得授职翰林院编修。 就在这一年，甲午战争爆发，开始接触西学，同情维新。1898年九月返绍兴，任绍兴中西学堂监督，提倡新学。
1900年，庚子二十六年蔡元培33岁，由于他的妻子受封建思想约束，他们之间的感情一直处在不和状态，而当他逐渐接受了西方新思想后，便开始重新思考女权的定义，于是写出了《夫妻公约》，重新调整与妻子王昭的关系。1901年夏，辛丑二十七年，蔡元培34岁时，到上海代理澄衷学堂(现上海市澄衷高级中学)校长，即为首任校长。
1901年9月，被聘为南洋公学经济特科班总教习。1902年1月1日，壬寅二十八年，蔡元培在杭州与他往日的学生黄仲玉女士举办了他一生中的第二次婚礼。
1903年，蔡元培为抗拒俄国政府觊觎中国北方领土，与上海反清革命志士以对俄同志会的名义办了《俄事警闻》(后改《警钟日报》)。1904年，甲辰三十年37岁时，他在上海组织建立了光复会。
1905年，乙巳三十一年38岁时，同盟会成立，光复会并入，孙中山委任蔡元培为同盟会上海分会负责人。
1907年5月，丁未三十三年40岁时，他在驻德公使孙宝琦的帮助下前往德国柏林，入莱比锡大学听课和研究心理学、美学、哲学诸学科。一面学习，一面教授唐绍仪(后任民国政府第一任内阁总理)4个侄子的中文教师，已近不惑之年的蔡元培开始了4年海外留学的生活。在德4年，他编著了《中国伦理学史》等一批学术书籍。
1911年11月上旬，宣统三年辛亥年，辛亥革命爆发，在陈其美去电催促下，蔡元培取道西伯利亚回国。
1912年1月4日，民国元年，中华民国临时政府在南京成立，他就任南京临时政府教育总长。
1912年1月19日，民国元年，他颁布了《普通教育暂行办法》，并主持制定了《大学令》和《中学令》，这是中国的第一个大学和中学校令，他强调要把中学和大学建造成健全国民的学校。
任南京临时政府教育总长，主张采用西方教育制度，废止祀孔读经，实行男女同校等改革措施，确立起中国资产阶级民主教育体制。二次革命失败后，携眷赴法，与李石曾等创办留法勤工俭学会。
1912年2月，鲁迅被他邀请到教育部任职。1912年7月，蔡元培因不愿与袁世凯政府合作而辞职。1913年，民国二年蔡元培46岁时，再次赴法国从事学术研究，在留欧的三年时间里，又编撰了不少哲学美学著作。
1915年6月，民国四年，蔡元培48岁时，他与李石曾、吴玉章等发起组织华法教育会，在法国倡勤勤工俭学，希望以次组织帮助更多华人到欧洲求学，后来的周恩来、邓小平等均是通过这个组织的帮助后顺利在法国进行学习的。
1916年夏，黎元洪的北京政府终于明令恢复了民国初年的《临时约法》，孙中山、黄兴等一大批流亡海外的革命党人纷纷相约回国，一些浙江籍议员还发电给远在法国的蔡元培，说是要推选他当浙江省督军。
1916年11月8日，蔡元培与吴玉章一起乘船由马赛回国，抵达上海。1916年12月26日，受命担任北京大学校长。支持新文化运动，提倡学术研究，主张“思想自由，兼容并包”，实行教授治校。“五四”运动中支持学生爱国行动，多方营救被捕学生。
1917年1月9日，蔡元培发表就任北京大学校长的演说，对学生提出三点要求：一曰抱定宗旨，二曰砥砺德行，三曰敬爱师长，将“抱定宗旨”置于首位。
1917年，蔡元培聘请《新青年》主编陈独秀为文科学长，并聘请李大钊、胡适、钱玄同等“新派”人物在北大任教，采用“思想自由，兼容并包”的办学方针，实行“教授治校”的制度，提倡学术民主，支持新文化运动。
同年，蔡元培邀请著名哲学家梁漱溟到北京大学讲授印度哲学;徐悲鸿应蔡元培之邀从日本东京返北京，任北京大学画法研究会导师。
1917年7月，胡适从美国学成回国，其时胡适并未获得哥伦比亚大学博士学位，但蔡元培为了让胡适进入北大不惜帮其伪造学历。
1917年7月3日，蔡元培在北大发表热情洋溢的就职演说的余热未散，就向黎元洪总统提出辞职了，措辞委婉，但动因沉郁，那就是抗议张勋复辟。
1917年10月，民国六年，蔡元培50岁时，主持教育部召开北京各高等学校代表会议，讨论修改大学规程，北京大学文科提出废年级制，采用选科制的议案，会议议决通过，决定在北大试行。
1918年，他更明确地指出：“大学为纯粹研究学问之机关，不可视为养成资格之所，亦不可视为贩卖知识之所。学者当有研究学问之兴趣，尤当养成学问家之人格。”
1918年5月22日，蔡元培为“中日防敌军事协定”反对政府变相卖国，又向大总统提出辞呈。
1918年11月16日，民国七年蔡元培51岁时，“一战”刚结束，在天安门前组织集会庆祝，发表题为《劳工神圣》的演讲，鲜明提出要“认识劳工的价值”，并喊出了“劳工神圣”的口号。
1919年，蔡元培在北京大学废除科，改原隶属于科的学门为系，设立14个系，废学长，设系主任。原来的文、理、法三科分别改称第一、二、三院，仅作为各系所在地区的标志(因原来三科分布在不同地区)，不代表一级机构。
1919年5月8日，五四运动爆发后，蔡元培为抗议政府逮捕学生，于5月8日提交了辞呈。并于9日离京。1919年5月13日，北京各大专学校校长向政府齐上辞呈，支持蔡元培。
1919年6月15日，在他发布的《不愿再任北京大学校长的宣言》中说：“我绝对不能再作不自由的大学校长：思想自由，是世界大学的通例。后由于北大师生极力挽留，蔡元培答应只做北大师生的校长。
1920年初，蔡元培与李石曾、吴敬恒，利用庚子赔款，创办中法大学于北京。蔡元培任校长。1920年2月，蔡元培下令允许王兰、奚浈、查晓园3位女生入北大文科旁听，当年秋季起即正式招收女生，开中国公立大学招收女生之先例。
1920年5月，蔡元培聘任地质学家李四光出任北京大学地质系教授，邀著名作家莎菲回国任北京大学文学教授，8月，聘鲁迅为北京大学讲师。1920年年底，被北京大学派遣去欧洲考察。
1923年春，不满北洋政府教育总长彭允彝破坏法制的行为，提出辞职，离京南下。秋间转赴欧洲，从事研究和著述，并参与要求英、法等国退还庚子赔款兴办教育事项。1924年1月在国民党第一次全国代表大会上，经孙中山提名，当选为候补中央监察委员。1926年初回国。在上海参加苏浙皖三省联合会，配合北伐战争，策划三省自治运动，遭孙传芳通缉。
1927年起，在南京国民政府任大学院院长、司法部长和监察院长等职。1927年3月28日，蔡元培任国民党中央监察委员会会议主席，对吴稚晖提出的弹劾共产党表示附议，主张“取消共产党人在国民党之党籍”。4月2日，蔡元培再次担任主席，蔡元培再次附和吴稚晖关于弹劾共产党的文告，并拿出了《共产党祸党证据及共产党在浙祸党之报告》。国民党南京政府成立后最初两年内，蔡元培在政治上仍然站在蒋介石一边，支持“清共”。
但与其他人不同的是，在清党的实施过程中，他不支持滥杀，而是希望将这种政治上的弹压行动纳入比较规范的法治范围，即同意清党但反对杀人。为劝阻南京国民党当局滥杀行为，蔡元培曾专门撰文劝告国民党当局继承孙中山的高尚人格，以德服人，停止滥杀。
之后一段时期，蔡元培把精力主要放在组建中央研究院上，他出任中央研究院院长，开始专注国家民族的文化教育和科技事业，并相继辞去了其他职务。“九·一八”事变后主张抗日，拥护国共合作。1932年，与宋庆龄、鲁迅等发起组织中国民权保障同盟，积极开展抗日爱国运动。曾电救杨开慧烈士，援救许德珩等爱国民主人士，营救丁玲、朱宜权等共产党员。
1933年，蔡元培倡议创建国立中央博物院(今南京博物院前身)，并亲自兼任第一届理事会理事长。1940年3月5日，在香港病逝。蔡元培逝世后，国内各主要党派和团体以及要人名流纷纷致电吊唁。
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