蔡威廉是一位傑出的中國畫家，以其肖像畫和風景畫而聞名。她的代表作品包括《秋瑾紹興就義圖》《天河會》《林風眠肖像》《異國憶想》《里昂風景》《音樂家李樹化像》《丁玲像》《農民肖像》《自畫像》以及《費宮人殺中賊圖》等。
《秋瑾紹興就義圖》創作於1931年，是一幅表現現實題材的大型油畫，描繪了革命女俠秋瑾被綁赴刑場的場景。而《天河會》則是一幅神話主題的作品，描繪了仙女們在銀河中沐浴的場景，充滿了浪漫主義的幻想精神。
蔡威廉的畫作不僅展現了她的藝術才華，也反映了她對歷史、時代和個人情感的深刻理解。她的作品風格簡潔，充滿了濃郁的異國情調，是中國現代藝術的重要組成部分。