Cerkiew św. Trójcy i klasztor bazylianów w Wilnie zostały wzniesione w 1514 roku jako prawosławne, z fundacji księcia Konstantego Ostrogskiego w podzięce za zwycięstwo polskie nad Moskwą w bitwie pod Orszą. Według tradycji, na miejscu zajmowanym dziś przez cerkiew zostali straceni męczennicy wileńscy (Antoniusz, Jan i Eustachy), których los upamiętnia tablica pamiątkowa na jej ścianie oraz mocno zdewastowany fresk z ich postaciami. Cerkiew zbudowano w stylu gotyckim z elementami architektury bizantyjskiej (kopuły). Była to trójnawowa konstrukcja wsparta na potężnych ośmiobocznych filarach. Przylegały do niej trzy absydy z sygnaturkami. Pierwotny klasztor został wzniesiony z drewna i tworzył luźny czworobok. W 1608 roku, z polecenia króla Zygmunta III Wazy, cerkiew objął grekokatolicki zakon św. Bazylego Wielkiego.

W 1748 roku po pożarze bazylianie przebudowali świątynię w stylu rokokowym, korzystając z projektu Jana Krzysztofa Glaubitza. Architekt ten pozostawił gotycką trójnawową halę z absydami na zakończeniu naw, dostawił tylko cztery smukłe wieżyczki, powiększył okna i przerobił portal. Wtedy też powstały dwa nowe, murowane skrzydła klasztorne – południowe i zachodnie. Przed oryginalną bramą klasztorną wzniesiono drugą, tzw. Wrota Bazyliańskie, bogato dekorowane płaskorzeźbami, korynckimi pilastrami, imitujące falujący portyk. Wnętrze cerkwi św. Trójcy było bogato dekorowane freskami Franciszka Smuglewicza, znajdowała się w nim marmurowa kaplica grzebalna Tyszkiewiczów oraz osiemnastowieczne epitafium sióstr Jeleńskich.

Po kasacie zakonu w 1827 roku cerkiew z powrotem przejęli prawosławni, na pierwszym piętrze zaś w lewym skrzydle zabudowań klasztornych urządzono więzienie carskie. Podczas procesu filaretów w latach 1823-24 przebywał w nim Adam Mickiewicz i Ignacy Domeyko, a kilkanaście lat później Szymon Konarski. To tu znajdowała się znana z Dziadów cela Konrada, zlokalizowana w latach 20-tych przez profesora Juliusza Kłosa. W okresie międzywojennym część klasztoru zajmowało Muzeum Białoruskie im. Janka Kupały. Adam Mickiewicz uwiecznił wileński klasztor bazylianów w III części dramatu „Dziady„. To na terenie zlokalizowanego w nim carskiego więzienia rozgrywają się sceny wieczerzy wigilijnej uwięzionych Polaków oraz wygłaszane przez głównego bohatera, Konrada, Mała i Wielka Improwizacja. Do dnia dzisiejszego w jednym z pomieszczeń klasztoru znajduje się tablica z inskrypcją w języku łacińskim z dramatu: „Bogu Najlepszemu, Największemu. Gustaw zmarł tu 1823 1 listopada. Tu narodził się Konrad 1823 1 listopada”. Cela Konrada (lit.Konrado cele) zachowała się mniej więcej w takim stanie, w jakim ją urządzono przed wojną. Drogę wskazuje umieszczona nad drzwiami wejściowymi południowego skrzydła litewsko-polska tablica pamiątkowa z 1992 roku.

Za czasów ZSRR cerkiew została całkowicie zdewastowana, zamknięta i porzucona. Obecnie, od lat 90-tych gospodarzami cerkwi i klasztoru ponownie są bazylianie, którzy zamieszkują tylko niewielką jego część, ponieważ w pozostałej części urządzono hotel. Obecnie trwa remont zdewastowanej świątyni, a nabożeństwa odbywają się tylko w jedynej odnowionej w 2003 roku kaplicy Tyszkiewiczów. 

Cerkiew św. Trójcy i klasztor bazylianów znajdują się przy Auśros Vartu gatve 7b (ul. Ostrobramska), prawie naprzeciwko katolickiego kościoła św. Teresy.

Zdjęcia wykonano w kwietniu 2010 roku.