蔡威廉非常崇拜意大利文艺复兴时期的艺术巨匠达·芬奇，相信一个画家应当描绘两件主要的东西:人和人的思想意图。曾立志要成为中国的达·芬奇。她努力把西方现代派精神化入自己的创作之中，画风接近法国后印象派<ref>[https://news.artron.net/20130322/n428890.html 自我画像：蔡威廉与她的画作]</ref>。蔡威廉的画风粗放、结实、有力，稍为接近后期印象派，略有变形，在女性画家中与[[潘玉良]]同属一种阳刚类型。擅长肖像，兼事风景。肖像方面，她为音乐家[[李树化]]、作家[[丁玲]]以及自己都画过出色的肖像，还画过《秋瑾绍兴就义图》、《天河会》（1931年）等人物群像的大幅油画。前者被国民党政府收藏，后者则取材神话故事，表现仙女们在银河沐浴戏要， “笔触轻松，色调明快，气氛欢乐，充满着浪漫主义的幻想精神。构思是大胆而新颖的，它与与文艺复兴以来的人文主义思想一脉相承，体现着作者对妇女自由、个性解放的期望与追求。当时有的论者把她当作考察中国西画肖像的代表来论述肖像艺术的演变"。她的肖像既有简洁新颖的形式，又有稳健沉着的结构，还擅长表现对象的精神气质<ref name="刘新1996">{{cite book|author=刘新|title=中国油画百年图史， 1840-1949|url=https://books.google.com/books?id=WskyAQAAIAAJ|year=1996|publisher=广西美朮出版社}}</ref>。