Основан в 1568 как иезуитская Вильнюсская академия, в 1579 король Стефан Баторий наделили Академию университетскими правами и привилегиями (зачастую именно считается основателем университета), в том же году это было подтверждено буллой папы Григория XIII. В 1575 при Академия была открыта типография. Значительную поддержку университету оказали Сигизмунд II и Казимир Лев Сапега. Вначале в составе академии были богословский и философский факультеты, в 1641 созданы юридический и медицинский факультеты, управление академией осуществлял иезуитский орден. В 18 в., в связи с ослаблением Польши, университет стал приходить в упадок, однако власти предпринимали значительные усилия для его сохранения, в частности, в 1753 в Вильнюсе была основана первая польская обсерватория (4-ая на тот период в Европе). В 1773, одновременно с запрещением ордена в Литве, академия была преобразована в Главную школу Великого княжества Литовского, в 1796 переименована в Главную Виленскую школу. В 1803, после присоединения Вильно к Российской империи в результате третьего раздела Польши 1795, Главная школа, по инициативе императора Александра I, была реорганизована в Виленский императорский университет. В университете преподавали известные ученые И. Лелевель, Я. Снядецкий (являлся ректором университета), К. Лангсдорф, С. Юндзилас, И. Франк, M. Почобут, Л. Боянус, А. Шахин, П. Норвайша; здесь получили образование А. Мицкевич, Ю. Словацкий, С. Даукантас, С. Станявичус, О. Ковалевский; куратором (управляющим) университета был Адам Ежи Чарторыский. В 1832, за активное участие студентов и преподавателей в Польском восстании 1830-31, университет был закрыт и на его основе созданы медико-хирургическая и католическая духовная академии. В 1842 первая была переведена в Киев, где на ее базе в Киевском университете был учрежден медицинский факультет; вторая (вместе с университетской библиотекой) — переведена в Петербург. В 1919, после того Литва была аннексирована Польшей, согласно декрету Ю. Пилсудского от 20 августа 1919 университет был воссоздан как Университет Стефана Батория (преподавание велось на польском языке). После возвращения Вильнюса Литовской ССР в 1939 Вильнюсский университет начал работать как национальный вуз, в его состав вошли некоторые факультеты Каунасского университета. Большинство польских преподавателей и студентов вынуждены были покинуть Вильнюс. В 1941 был закрыт как негерманский вуз, преподавание велось главным образом в подполье. С 1945 — центральный вуз Литовской Советской республики. В 1955-88 гг. университет носил имя деятеля революционного рабочего движения Литвы В. Капсукаса.
В состав Вильнюсского университета в 2005 входило 12 факультетов: химический, экономический, филологический, философский, физический, естественных наук, исторический, гуманитарных наук (в Каунасе), коммуникаций, математики и компьютерных технологий, медицинский, юридический; заочное и вечернее отделения; аспирантура; 8 научно-исследовательских и образовательных институтов (международных отношений и политических наук, материаловедения, иностранных языков, экологии, иммунологии, теоретической физики и астрономии, онкологии, экспериментальной и клинической медицины); различные научно-исследовательские центры и лаборатории (в том числе центр семиотики, центр по изучению окружающей среды, центр культуры малых народов, центр востоковедения, центр религиоведения и религиозных исследований, центр повышения квалификации, центр физической культуры, центр по проблемам взаимоотношения полов, центр молекулярной биологии и лазерных технологий, международный центр экономики и менеджмента); астрономическая обсерватория (основана в 1753); ботанический сад; виварий; мемориальный музей А. Мицкевича. В научной библиотеке (основана в 1570) свыше 3 млн единиц хранения.
В 2003 в Вильнюсском университете обучалось 21 тыс студентов.