Sostinės istorinis branduolys - senamiestis kurėsi ir formavosi Vilnios ir Neries santakoje, apsuptoje girių, kalvų ir slenių. Amžiams bėgant tai susilydė į darnią gamtos ir čia gyvenusių žmonių kultūrinės savimonės nulemtą urbanistinę visumą. Toje vietoje kur Vilnia įteka į Nerį ir yra Vilniaus miesto pradžios vieta, 5a.-6a. amžiuje čia būta stambios baltų gyvenvietės.

Lietuva pirmą kartą rašytiniuose šaltiniuose buvo paminėta 1009 m., o 1323m. valdant Lietuvos didžiajam kunigaikščiui Gediminui, Vilnius pirmą kartą buvo paminėtas Europos rašytiniuose šaltiniuose kaip Lietuvos Didžiosios Kunigaikštystės sostinė. Tuo metu Lietuva buvo paskutinė didelė pagoniška valstybė Europoje. Kunigaikštis Gediminas rašė laiškus į Europos miestus, kviesdamas į Vilnių pirklius, amatininkus ir katalikų bažnyčios atstovus. 1387 m. Lietuva tapo krikðčioniðka valstybe, kai Lietuvos didysis kunigaikštis Jogaila, susituokęs su Lenkijos karaliene, tapo Lenkijos karaliumi. Prasidėjo laipsniškas Lietuvos susiliejimas su Europa.

14 a. miesto augimą stabdė kryžiuočių ordino puolimai. Žalgirio mušis (1410 m.) - pergalė prieš ordiną - sukūrė palankias sąlygas miestui toliau plėtotis. 15 a. imta daug sparčiau statyti gotikinius plytų pastatus, kurėsi ir augo vienuolynai bei gildijos, smarkiai keitę miesto pavidalą. Šiuo laikotarpiu Vilniuje atsirado rotušė.
Po didžiojo 1471 m. gaisro atsirado daug naujų gatvių, o 1503 - 1522 m. pastatyta penkeriu vartu gynybine siena: ji apžiedė tankiausiai gyvenamą miesto dalį ir turėjo saugoti miestą nuo galimų totorių antplūdžių. Šis miesto branduolys, apimantis daugiau nei 300 ha, buvo suformuotas slėnyje į pietus nuo Vilnios ir Neries santakos.
1579 m. buvo įkurtas Vilniaus universitetas, vėliau garsėjęs savo dėstytojais bei auklėtiniais, žymiais įvairių tautų mokslininkais bei kultūros veikėjais.
16 - 17 a. Vilnius iškilo kaip didelės valstybės švietimo centras - vienas didžiausių miestų Rytų Europoje; jis perėme europines kultūros vertybes. Būdamas plataus vidurio ir šiaures Europos regiono kultūros centru, Vilnius taip pat išsiskyrė religine tolerancija ir įvairove: mieste gyvavo katalikų, protestantų, liuteronų, sentikių, pravoslavų, o taip pat ir žydų bei musulmonų bendruomenės.
Po trečiojo ir paskutinio Lietuvos-Lenkijos valstybės padalijimo 1795 m., didžioji dalis Lietuvos - taip pat ir jos sostinė Vilnius - buvo prijungta prie Rusijos, ir Vilnius tapo generalgubernatoriaus provincijos centru. Vaizdingas miesto peizažas sumenko, 1799-1805 m. nugriovus didžiąją dalį Žemutinės pilies, gynybinę sieną su vartais, ir nemažai kitų didelių senamiesčio pastatų.

20 a. pr. Vilnius tapo Lietuvos nacionalinio atgimimo centru. 1918 m. vasario 16 d. čia paskelbta Lietuvos valstybės nepriklausomybė.
1920-1939 m. Vilnių okupavo Lenkija, tad miestas neteko administracinio centro reikšmės. Tuo laikotarpiu Vilniaus senamiestyje statyta nedaug. Tačiau svarbu paminėti, kad buvo tiriami, konservuojami ir restauruojami svarbūs architektūros paminklai.
Antrojo pasaulinio karo metais senamiestis smarkiai nukentėjo. Buvo sugriauti apie 40 proc. senamiesčio pastatų. Beveik 25 proc. ju nebuvo atstatyti - jų vietoje buvo įkurti skverai ir aikštės.

1990m. Lietuvai atkūrus valstybingumą, Vilnius vėl tapo nepriklausomos valstybės sostine, kurios istoriniame branduolyje - senamiestyje telkiasi intensyviausias miesto dvasinis ir kultūrinis gyvenimas. 1994 m. gruodžio mėn. Vilniaus istorinis miesto centras buvo įtrauktas į UNESCO Pasaulio paveldo miestų sąrašą, o 1995m. Tarptautinis rekonstrukcijos ir plėtros bankas (Pasaulio bankas) atsiliepė i Lietuvos Respublikos prašymą ir suteikė techninę ir finansinę pagalbą Vilniaus savivaldybei, ruošiant Vilniaus senamiesčio paveldo apsaugos ir atgaivinimo programą. UNESCO Pasaulio Paveldo centras rėmęs šią programą norėjo matyti Vilniaus senamiesčio atgaivinimo procesą, kaip modelį, taikytiną kitiems Rytų ir Vidurio Europos miestų istoriniams centrams. Nuo 1998 m. šalies vyriausybei ir Vilniaus miesto savivaldybei finansuojant, pradėtas intensyvus Senamiesčio atnaujinimas; tai paakino veržlias ir keleriopai didesnes vietos ir tarptautines investicijas ir Senamiestyje, ir visame mieste.