W 1501 roku Aleksander Jagiellończyk przekazał dominikanom stary kościół św. Ducha ufundowany prawdopodobnie w czasach Jagiełły i Witolda. Gotycka świątynia i klasztor spaliły się na początku XVII wieku. Kolejny, barokowy, ale jeszcze nieukończony klasztor został spalony w 1655 roku przez wojska moskiewskie podczas wojny polsko-rosyjskiej. Następną świątynie dominikanie wznieśli w latach 1679–88, jednak w latach 1726, 1748 i 1758 była ona niszczona przez kolejne pożary.
Obecna, późnobarokowa świątynia została wzniesiona w 2 połowie XVIII wieku, według projektu architekta Jana Krzysztofa Glaubitza. Ponieważ świątynia jest wciśnięta między zwartą zabudowę ulicy oraz budynek klasztoru, Glaubitz nie mógł wznieść typowej dla wileńskiego baroku dwuwieżowej fasady. Imponujący efekt uzyskał przez zakończenie nawy i transeptu rokokowymi szczytami, a na przecięciu nawy i transeptu usadowił wysoką na 51 metrów kopułę z dwustopniową obudową. Od strony ulicy widoczny jest jedynie rokokowy portal z herbem Rzeczypospolitej i Wazów. Autorem dekoracji wnętrza był Franciszek Ignacy Hoffer. Jest to jednolita, bogata w sztukaterie rokokowa kompozycja. Na wyposażenie wnętrza składa się 16 rokokowych ołtarzy o znacznych rozmiarach. Główny ołtarz przedstawia Trójcę Świętą: błogosławiący Bóg Ojciec jest umieszczony w górnej części ołtarza, Jezus na krzyżu w centralnej a Duch Święty w postaci gołębicy na dole, nad tabernakulum. Godna uwagi jest nietypowa ambona połączona w jedną całość z konfesjonałem. Na chórze muzycznym znajdują się organy z 1776 roku sprowadzone z Królewca. Jest to najstarszy zachowany instrument na Litwie. W tylnej części kościoła zachowały się dwa ocalałe z pożarów XVIII-wieczne portrety przedstawiające króla Aleksandra Jagiellończyka oraz jego spowiednika, ks. Korczaka na tle pierwszej, gotyckiej jeszcze świątyni.
Trójkondygnacyjne, barokowe budynki klasztorne z lat 1749-76 przylegają do frontowej ściany kościoła, tworząc z nim jedną budowlę. Są one wzniesione na planie kwadratu wokół wewnętrznego dziedzińca. W krużgankach klasztornych zachowały się XVIII-wieczne freski. Dominikanie zostali usunięci z Wilna przez Rosjan przed połową XIX wieku, a w pomieszczeniach klasztornych urządzono więzienie. W okresie międzywojennym stały się one siedzibą urzędów miejskich. Obecnie pomieszczenia klasztorne znajdują się w bardzo złym stanie. Pod klasztorem znajdują się rozległe podziemia, które w okresie międzywojennym były dostępne dla zwiedzających.
W odróżnieniu od większości świątyń wileńskich kościół św.Ducha nie był nigdy zamknięty i przetrwał jako katolicki obiekt sakralny zarówno czasy zaborów (część kościołów zamieniono wtedy na cerkwie prawosławne), jak i czasy sowieckie. W 1948 roku z zamykanego wówczas kościoła św. Michała został przeniesiony do kościoła św. Ducha obraz obraz Jezusa Miłosiernego. Jest to obraz namalowany w 1934 roku przez wileńskiego artystę Eugeniusza Kazimirowskiego według wskazówek św.siostry Faustyny Kowalskiej. Po kilku miesiącach został on jednak wywieziony do wsi Nowa Ruda. W latach 1987–2005, staraniem pracującego wówczas w Wilnie ks. Tadeusza Kondrusiewicza, obraz ten ponownie znalazł się w bocznym ołtarzu w kościele św. Ducha, gdzie stał się celem pielgrzymek. W 2005 roku decyzją metropolity wileńskiego kard. Bačkisa obraz został przeniesiony do kościoła św. Trójcy.
W latach dziewięćdziesiątych XX wieku świątynia została przejęta przez dominikanów z polskiej prowincji tegoż zakonu. Obecnie jest to tzw. kościół polski, w którym nie sprawuje się liturgii w języku litewskim, a wyłącznie polskim.
Kościół św. Ducha i klasztor dominikanów znajdują się na Starym Mieście przy ul. Dominikonų 8 (Dominikańskiej 8).
Zdjęcia wykonano w kwietniu 2010 roku.