2009年，蔡瀚亿参加了电影《狂舞派》选角试镜且得到了拍片邀约，并出演了一些广告，之后还参与了舞台剧团的话剧演出。

2012年，《狂舞派》得到投资终于开机拍摄，蔡瀚亿为了更专注地进入角色，有更多的时间钻研剧本，推掉了所有工作并离开了剧团 。

2013年，蔡瀚亿与颜卓灵、杨乐文、范颖儿联袂主演街舞青春电影《狂舞派》，在片中饰演睿智幽默的太极社社长柒良，该片是蔡瀚亿的首部电影作品，他从此正式开启演员之路，而该片作为小成本电影，在香港上映后票房突破千万港币 ，蔡瀚亿也凭借该片获得第33届香港电影金像奖及香港电影导演会最佳新演员奖 。

2014年4月，蔡瀚亿在叶念琛执导的爱情电影《百变爱人》中饰演变身前的温特福 ；同年9月，与张兆辉、周俊伟、邵音音合作主演的惊悚电影《午夜43路》，在片中饰演B仔警察陈家乐 ；同年，蔡瀚亿还参与了粤语版《麦兜我和我妈妈》的配音工作。

2015年2月，蔡瀚亿与吴君如、刘浩龙、姜皓文合作主演喜剧电影《十二金鸭》，在片中饰演十二金鸭之一的流云 ；同年5月，与冯宝宝、曾江、王澜霏合作主演励志亲情电影《妈咪侠》，在片中饰演女主人公阿爱的儿子 ；同年6月，在郑保瑞执导的犯罪动作电影《杀破狼2》中饰演重案组高级警员郭俊一。

2016年1月，蔡瀚亿出演吴镇宇、郑中基、江疏影主演的喜剧电影《恶人报喜》；同年3月，与陈慧敏、刘心悠、薛凯琪合作主演的浪漫爱情电影《灯塔下的恋人》在中国内地上映，在片中饰演车迷细坚。

2020年12月24日，主演的动作犯罪电影《拆弹专家2》上映 。