自幼便沉浸于古典文化氛围中的蔡牧昀，在中国戏曲学院京剧表演专业攻读期间专攻武旦行当，自2003年起便持续活跃于戏曲舞台，积累了近百场各类演出的丰富经验。早在2011年尚在校学习之时，她已涉足影视领域，参与了由陶玲玲执导的谍战题材作品《内线前传》，由此开启了她的影视表演生涯。在她的首部电视剧《内线前传》中，蔡牧昀有幸与马德钟、孙耀威等多位知名演员同台合作，其表现备受关注，被业界普遍视为颇具发展潜力的新人。此后，她再度与陶玲玲导演携手，加盟了一部风格清新明朗且视角独到的现代奋斗剧《青春无极限》。在该剧中，蔡牧昀挑战了“以小欺大”的角色设定，饰演朱孝天的嫂子，一改往日温婉柔和的形象，塑造了一位时常对“弟弟”朱孝天厉声训斥、言辞犀利的泼辣女性。尽管这是她首次尝试扮演比自身实际年龄年长十余岁的角色，初期不免有些忐忑，但凭借勤奋刻苦的作风与对角色心理状态的细致揣摩，她的专业态度和表演潜力获得了业内人士的广泛肯定。
自2008年至2011年初，在校期间积极投身于学校校庆等各类重大舞台实践演出活动，积累了丰富的现场表演经验。此外，还曾跟随中国京剧院、北京京剧院等国内知名院团，先后在人民大会堂、政协礼堂、国家大剧院、长安大戏院、梅兰芳大戏院等重要演出场所参与各类演出活动，累计达七十余场次。早在2003年，便有幸与著名京剧表演艺术家于魁智同台，共同参加了广州市电视台举办的春节联欢晚会。2004年，跟随孙毓敏校长参与了中央电视台综合频道“夕阳红—戏曲介绍”节目的录制。2009年，参加了中央电视台综合频道举办的戏曲元旦晚会，当时胡锦涛等党和国家领导人亲临现场慰问演职人员。同年，还参与完成了李胜素主演的电视剧版《白蛇传》的录制工作。2009年底，再次参与了戏曲春节晚会的录制，并在此期间荣幸获选为京剧缘酒的品牌形象代言人。2010年，跟随李胜素老师前往上海参与世博会相关演出活动；随后又一同赴江苏参加了“春满江南”戏曲文艺晚会；此外，还参与了中央电视台戏曲频道京剧大赛片头的录制工作。2011年，继续参与了中央电视台戏曲频道片头的录制；同年，正式拜著名京剧表演艺术家宋丹菊为师，成为宋派艺术的第三代传人。
在《扈家庄》、《打焦赞》以及《盗仙草》（京）这几部作品中，《打店》《内线前传》生动地饰演了叶青这一角色，而《我要当八路》则精彩地诠释了小海棠的人物形象。此外，《内线前传》同样出色地扮演了叶青，《大清宝典》则将珍珠一角演绎得深入人心。在《盗库银》、《八仙过海》和《擂鼓战金山》《借扇》这些作品的排演过程中，演员们得到了罗慧兰老师的悉心指导。而在《盗仙草》（昆）的创作中，田冰老师担任了指导教师，为作品的呈现提供了专业的艺术指引。对于《女杀四门》、《竹林记》和《锯大缸》这几部作品，樵翠蓉老师作为指导老师，给予了演员们细致的艺术辅导。《百花赠剑》的排练则是在顾卫英老师的指导下进行的，《红线盗盒》的演出筹备得到了张娟老师的专业指导，而《改容战父》的整个创作过程则是在指导教师宋丹菊老师的全面引领下完成的。