Cai lahir di Shenzhou, Hengshui, provinsi Hebei pada tahun 1976.[2] Kakek-neneknya berasal dari keluarga terpelajar, mengajar di daerah pusat kota dan desa, dan merupakan anggota partai veteran sebelum berdirinya Republik Rakyat Tiongkok.[3] Paman ketiganya adalah seorang tentara.[3] Cai lulus dari Cabang Baoding dari Akademi Penerbangan Changchun Angkatan Udara.[3] Di Angkatan Udara Tentara Pembebasan Rakyat, ia mengabdi sebagai seorang pilot pesawat tempur sebelum dipilih menjadi astronot pada tahun 2010.[4] Namanya muncul dalam daftar astronot sebagai bagian dari Grup 2 pada tahun 2011.[5]
1234Zhan Kang (占康code: zh is deprecated ) (2002). 蔡旭哲：十二年等待终圆太空梦 [Cai Xuzhe: twelve years of waiting have finally fulfilled the space dream]. Celebrities' Biographies (dalam bahasa Tionghoa). 602. Zhengzhou, Henan: Henan Literature and Art Publishing House: 17–20. ISSN1002-6282. Pemeliharaan CS1: Banyak nama: authors list (link) Pemeliharaan CS1: Nama numerik: authors list (link)
