Murowana cerkiew pod wezwaniem św.Ducha (lit. Šv. Dvasios cerkve) w Wilnie została zbudowana w 1634 roku, za zezwoleniem króla Władysława IV, na miejscu drewnianego obiektu. Została ona poważnie uszkodzona (podobnie zresztą jak budynki monasteru) w czasie najazdu szwedzkiego na początku XVIII wieku. Świątynia została odbudowana dzięki pomocy finansowej i materialnej ze strony cara rosyjskiego Piotra I. W latach 1748–49 cerkiew została jednak ponownie zniszczona przez dwa pożary. Do 1753 roku obiekt został odbudowany pod kierunkiem Johanna Glaubitza. Glaubitz zaprojektował zachowany do dziś wspaniały drewniany barokowo-rokokowy ikonostas, wykonany w okresie 1753–56. Kolejnych strat cerkiew doznała w 1812 roku za sprawą armii napoleońskiej, która rozgrabiła wnętrze świątyni. W latach 1836–37 dokonano kolejnej przebudowy obiektu, a w 1845 dobudowano istniejące do dziś wrota wiodące na teren klasztoru i cerkwi.

W latach 1826–51 pod ikonostasem urządzono podziemną kryptę trzech dworzan Olgierda, wyniesionych na prawosławne ołtarze – św. Jana, św. Eustachego i św. Antoniusza, a prawosławny arcybiskup wileński i litewski Józef (Siemaszko) uczynił ze świątyni sanktuarium owych męczenników, których szczątki już wcześniej były przechowywane w cerkwi. Ich święto po dziś dzień odbywa się 27 kwietnia.

W dwadzieścia lat później na polecenie generał-gubernatora Murawiewa dokonano kolejnej przebudowy obiektu, w czasie której usunięto z fasady świątyni elementy barokowe, utożsamiane z katolicyzmem. Z kolei w roku 1908 przeprowadzono remont wyposażenia cerkwi. W 1915 roku, w obliczu wojny, mieszkańcy monasteru św. Ducha zostali ewakuowani do Moskwy, zabierając ze sobą relikwie męczenników. W czasie II wojny światowej cerkiew ponownie odniosła znaczne straty, bezpośrednio po wojnie była remontowana. Ostatnią renowacje przeszła w latach 90-tych XX wieku.

Monaster męski, jako czynny klasztor, istniał bez przeszkód w okresie II RP, a nawet przez całą okupację sowiecką (był wówczas jedyną wśród wszystkich wyznań działającą placówką zakonną na Litwie). Obecnie zachowana świątynia jest utrzymana w stylu klasycystycznym, chociaż (zwłaszcza we wnętrzu) wyraźnie widoczne są ślady wcześniejszego stylu barokowego. Fasada obiektu wybudowana została według zasad symetrii, z dwiema wieżami zwieńczonymi kopułami o wysokości 49 metrów. Jedyną dekorację wież stanowią doryckie pilastry. W przeszłości fasada posiadała więcej cech barokowych, w tym bogato zdobiony fronton, został on jednak usunięty w czasie przebudowy z 1873. Obiekt wzniesiony jest na planie krzyża łacińskiego, całość jest trójnawowa. Wejście do cerkwi prowadzi przez wysunięty przedsionek. Układ i dekoracja wnętrz cerkwi zdradza wpływy architektury wileńskich kościołów katolickich, przede wszystkim położonego w okolicy kościoła św. Kazimierza. W cerkwi znajduje się 20 ikon autorstwa I.Trutniewa, w tym ikona Zwiastowania ufundowana przez carycę Marię Aleksandrownę. 

Cerkiew św. Ducha znajduje się w kompleksie budynków monasteru pod tym samym wezwaniem w obrębie wileńskiego Starego Miasta na ulicy Aušros Varty g.10 (Ostrobramska), naprzeciwko rokokowego klasztoru Bazylianów, niemal u wejścia do kościoła św. Teresy.

Zdjęcia wykonano w kwietniu 2010 roku.