Pierwsze wzmianki o mieście pochodzą z 1323, kiedy to twórca Wielkiego Księstwa Litewskiego, Giedymin, wzniósł drewniany zamek (zwany Wysokim) na Górze Zamkowej i przeniósł stolicę z Trok do Wilna. Wielki książę litewski i król polski Władysław Jagiełło w 1387 nadał miastu prawa magdeburskie oraz zaczął sprowadzać osiedleńców. W 1441 Kazimierz Jagiellończyk potwierdził prawa miejskie. W latach 1503-1522 wybudowano mury obronne. Najświetniejszy okres w dziejach miasta to czasy zygmuntowskie. Powstała wówczas mennica, arsenał, młyny, most na Wilejce, liczne szpitale i pałace. Wilno stało się miastem wielu narodowości. W 1579 król Stefan Batory założył Akademię prowadzoną przez jezuitów, co stało się zalążkiem Uniwersytetu Wileńskiego.
Rozwój miasta poważnie zahamował wielki pożar w 1610. W 1639 miały miejsce zamieszki na tle religijnym; Kalwini zostali zmuszeni do opuszczenia miasta. W dniu 7 sierpnia 1655 w trakcie wojny polsko-rosyjskiej po zajęciu miasta, w którym schroniła się okoliczna ludność z wielu grodów, Rosjanie wymordowali około 25 tysięcy ludzi. Pożary w stolicy Litwy trwały przez 17 dni. Kolejnym ciosem była III wojna północna.
W XIX wieku Wilno było miejscem rozwoju licznych patriotycznych organizacji np. filaretów, filomatów, Związku Patriotycznego i Szubrawców. Latem 1823 r. w Wilnie doszło do masowych aresztowań polskiej młodzieży. W tym czasie w mieście studiował i był więziony Adam Mickiewicz.
W latach 1915-1918 Wilno było okupowane przez Niemców. Po ustąpieniu Niemców rozgorzał polsko-litewski konflikt o Wilno. Podczas wojny 1920 miasto zostało zdobyte dwukrotnie przez Armię Czerwoną (zob. m.in. zajęcie Wilna). 12 lipca 1920 rząd sowiecki zawarł układ z rządem litewskim na mocy którego m.in. Wilno i Suwalszczyzna miały być oddane Litwie. Sowieci uciekając przekazali Wilno Litwinom. Piłsudski zdecydował się na nietypowe rozwiązanie problemu. Aby zająć Wilno posunął się do podstępu. Zlecił gen. Lucjanowi Żeligowskiemu, dowódcy Litewsko-Białoruskiej Dywizji Piechoty, upozorować „bunt” i wkroczyć do Wilna. 9 października 1920 oddziały Żeligowskiego weszły do miasta. Proklamowano utworzenie Litwy Środkowej. 20 lutego 1922 Sejm Litwy Środkowej przyjął uchwałę o włączeniu Litwy Środkowej do Polski; Wilno zostało stolicą województwa wileńskiego.
19 września 1939, pomimo obrony miasta przez harcerzy i gimnazjalistów, Wilno zajęły wojska radzieckie. 26 października 1939 Sowieci przekazali miasto Litwinom, lecz 15 czerwca 1940 ponownie je zajęli. 14 lipca 1940 zaczęły się wywózki mieszkańców Wileńszczyzny na Syberię. W czasie wojny prześladowania i deportacje objęły ok. 35 tys. mieszkańców Wileńszczyzny, głównie polskiego pochodzenia. 22 czerwca 1941 Niemcy zbombardowali miasto, a kilka dni później je zajęli. 7 lipca 1944 skoncentrowana pod miastem polska Armia Krajowa rozpoczęła atak na Wilno (Operacja Ostra Brama). W kilka dni po nadejściu Armii Czerwonej NKWD aresztowało wszystkich polskich żołnierzy i oficerów oraz wydarło Wilno z rąk polskich. Następnie Litwę razem z Wilnem ponownie włączono do Związku Radzieckiego. Po 1944 większość polskich mieszkańców została przesiedlona. Od tego czasu w Wilnie zaczęli masowo osiedlać się Litwini i Rosjanie.
Ruchy niepodległościowe zapoczątkowane w czerwcu 1988 przez Litewski Ruch na Rzecz Przebudowy (Sajudis) nasiliły się w 1990, a w styczniu 1991 doszło do starć pod wieżą telewizyjną. Od 17 września 1991 Wilno jest stolicą niepodległej Litwy.
