Kada buvo įkurta pirmoji Vilniaus reformatų bažnyčia, nėra žinoma. Pirmosios kalvinų pamaldos laikytos 1553 m. Mikalojaus Radvilos Juodojo Lukiškių dvare. Pirmas, apie 1562 m., specialiai reformatų maldos namams pastatytas pastatas buvo Radvilų rūmuose, užėmusiuose kvartalą dab. Šv. Jonų ir Pilies gatvių sankryžoje. Mirus Mikalojui Radvilai Juodajam pastatas atiteko jėzuitams.
1574 m. nauja Vilniaus reformatų bažnyčia Mikalojaus Radvilos Rudojo rūpesčiu įkurta kitoje gatvės pusėje, Stanislovo Goštauto sklype, šalia žuvų turgaus. Čia reformatai laikė pamaldas 7 metus. 1581 m. reformatams pastatyta nauja bažnyčia dab. Volano gatvėje, prie Hornostajų rūmų.
XVI a. pab. – XVII a. reformatai buvo persekiojami, jų bažnyčia ne kartą padegta. Refomatai buvo priversti nuolat keisti maldų vietą.
Dabartinė reformatų bažnyčia yra devintoji. Ji pastatyta 1830–1835 m. Lenkų kariuomenės majoro Pavelo Strijenskio rūpesčiu. Tarybiniais metais parapija buvo panaikinta, atkurta 1990 m.