Początki Kalwarii Wileńskiej sięgają 1662 r., kiedy biskup Jerzy Białłozor zdecydował zbudować sanktuarium jako znak wdzięczności Bogu za odzyskaną niepodległość i ocalenie Wilna pod czas wojny polsko-rosyjskiej.
Początkowo zbudowano drewniany kościół, a następnie w Dniu Zesłania Ducha Świętego 9 czerwca 1669 r. biskup Aleksander Sapieha poświęcił pierwsze, położone w leśnej przestrzeni, kaplice. Jak podają źródła historyczne, dźwięczały wtedy dzwony wszystkich kościołów miasta, a biskup Sapieha sypał ziemię przywiezioną z Jerozolimy.
Zbudowany w planie krzyża łacińskiego mieści się na górze symbolizującej Golgotę. Wnętrze kościoła upiększają sceny z Pisma Świętego malowane techniką al secco oraz freski z wykorzystaniem modnego w owym czasie efektu optycznego powiększania wnętrz. W kościele przechowuje się relikwie św. Krzyża podarowane przez papieża Piusa VI w 1782 r.
W marcu 1963 r. władza sowiecka dokonała zbrodni wysadzając w powietrze wszystkie kaplice, za wyjątkiem czterech, które stały w pobliżu kościoła. Zaniechano ich zrujnowania, gdyż od wstrząsów mógł runąć również kościół.
W maju 1990 r., niedługo po odzyskaniu przez Litwę niepodległości, rozpoczęto prace nad odbudową kaplic Kalwarii Wileńskiej. Kalwarię odbudowano z prywatnych środków i ze środków Funduszu Drogowego.
W maju 2002 poświęcono wszystkie stacje Drogi Krzyżowej.