1958年，任哈尔滨工业大学机械工程系讲师。1979年，作为访问学者在美国加利福尼亚大学伯克利分校工学院进修。1985年，任哈尔滨工业大学教授。1987年起，曾多次获得航空航天部科技进步奖。1988年，获国防科工委重大科技成果奖二等奖。1991年，任哈尔滨工业大学机器人研究所所长；同年，获国家科委科技研究成果奖二等奖。1997年，当选中国工程院院士。1998年，获得中国航天科技集团科技进步奖二等奖。1999年9月，任哈尔滨工业大学机电控制及自动化系教授、博士生导师。

   蔡鹤皋长期从事机器人及自动化技术研究设计工作，研制成功中国第一台弧焊机器人和点焊机器人。截至2020年4月，共研制成功6种型号17台工业机器人，在智能机器人和空间机器人方面取得7项研究成果，作为第一作者发表论文58篇，著作3部。