Pierwsza świątynia chrześcjańska w tym miejscu została zbudowana w czasach panowania króla Władysława Jagiełły po chrzcie Litwy w 1387 r. Po kilkunastu latach spłonęła i została odbudowana z fundacji księcia Witolda. Później przebudowywano Katedrę jeszcze kilkakrotnie i ostatnia przebudowa na starych fundamentach została zrealizowana w końcu XVIII wieku z fundacji biskupa Ignacego Massalskiego według projektu Wawrzyńca Gucewicza. Od końca XVIII wieku pojawiają się cmentarze poza miastem, gdzie odbywa się pochówek mieszkańców i podziemia już nie pełnią swej pierwotnej roli:  miejsca spoczynku.

Pochówek zmarłych w podziemiach kościoła świętego Stanisława, a obecnie Katedry, zaczęto już w XV wieku. W kryptach podziemi spoczęli dostojnicy, książęta, biskupi, królowe i królowie. W ciągu wieków niszczyły podziemia pożary, powodzie, wojny oraz zwykli rabusie i poszukiwacze skarbów. Podziemia wileńskiej Katedry do dzisiaj ukrywają wiele tajemnic.

Tu w podziemiach w 1430 roku, po śmierci w Trokach,najprawdopodobniej został pochowany Witold Wielki. W XVI wieku spoczęli Elżbieta Habsburżanka, Aleksander Jagiellończyk oraz Barbara Radziwiłłówna. W połowie XVII wieku spoczęło serce króla Władysława IV Wazy. Według uczonych, w podziemiach katedralnych spoczywa około 500 osób, jednak bardzo niewiele osób zidentyfikowano.

W okresie międzywojennym po powodzi w 1931 roku polscy uczeni i konserwatorzy zabytków pod kierownictwem Stanisława Lorentza ratowali Katedrę, badali podziemia. Fundamenty wzmocniono żelbetonem. Zostały odnalezione szczątki Aleksandra Jagiellończyka, Elżbiety Habsburg i Barbary Radziwiłłówny, a także urna z sercem Władysława IV Wazy.

W czasach radzieckich budynek Katedry służył jako Galeria Obrazów i Sala Muzyki Organowej. Prowadzono badania  archeologiczne, w podziemiach porządkowano krypty  pod kierownictwem Napoleona Kitkauskasa.

Ostatnio podziemia zostały uporządkowane i unowocześnione. Pojawiły się znalezione ostatnio przedmioty: kafle, płytki ceramiczne, stare cegły. W jednej z krypt umieszczono sarkofag, wykonany w 1930 roku z okazji 500 rocznicy śmierci Witolda. Sarkofag jest pusty, ale jest nadzieja, że szczątki księcia Witolda zostaną odnalezione i umieszczone w tym sarkofagu.

Podziemia mogą zwiedzać wszyscy chętni za opłatą, a informację można uzyskać w dzwonnicy katedralnej.