Katedra klasycystyczna
Po zawaleniu się wieży nad Kaplicą Częstochowską w 1769 roku (zginęło wtedy sześciu księży[3]) co spowodowało częściowe zawalenie sklepień, katedrę zamknięto, a nabożeństwa tymczasowo przeniesiono do kościoła św. Jana. Odbudowę podjęto w 1777 roku z inicjatywy biskupa Massalskiego, który wysłał projekt architekta Wawrzyńca Gucewicza do akceptacji króla Stanisława Augusta Poniatowskiego. Po akceptacji króla rozpoczęto budowę nowej katedry w stylu klasycystycznym, która to budowa trwała z przerwami do 1801 roku. Po śmierci Gucewicza ostatnie prace prowadził Michał Szulc. Nowa katedra zachowała trójnawowy układ wywodzący się jeszcze z gotyckiej katedry. Wschodnia fasada ozdobiona została sześciokolumnowym portykiem, a u szczytu fasady wznoszą się figury św. Kazimierza i św. Stanisława. W kolumnadzie fasady południowej ustawiono posągi królów polskich i wielkich książąt litewskich, które wykonał Kazimierz Jelski. W głównym ołtarzu znajduje się obraz Franciszka Smuglewicza Zamordowanie św. Stanisława przez Bolesława Śmiałego. Przy końcu naw bocznych umieszczono posągi Miłość Bliźniego i Miłość Boga, których autorem Tommaso Righi. Righi jest także autorem posągów w zewnętrznych niszach katedry oraz rzeźb na tympanonie i fryzu nad wejściem. Na filarach od strony głównej nawy znajdują się obrazy pędzla Franciszka Smuglewicza przedstawiające dwunastu apostołów. Na ścianach bocznych znajduje się 16 obrazów Constantina Villaniego. Świątynię otacza 11 kaplic, z czego dwie zachowały się z poprzedniej katedry: wyżej wspomniana kaplica św. Kazimierza oraz kaplica Wołłowiczowska (zwana też Królewską lub Niepokalanego Poczęcia).
W 1838 roku ułożono nową kamienna posadzkę. W 1858 roku odnowiono Kaplicę św. Kazimierza. Po powodzi w 1931 r. przy okazji remontu odkryto w podziemiach katedry zapomniane grobowce królewskie (m.in. Aleksandra Jagiellończyka oraz Elżbiety Habsburżanki i Barbary Radziwiłłówny – żon Zygmunta Augusta). Pochowany tu był też m.in. Olbracht Gasztołd (ojciec Stanisława, pierwszego męża Barbary Radziwiłłówny, najbogatszy człowiek na Litwie w swojej epoce), złożono tu też serce Władysława IV Wazy. Wtedy też założono pod katedrą mauzoleum dla prochów królewskich. Po powodzi 1931 roku, kiedy groziło katedrze zawalenie, prace remontowo-ratunkowe były bardzo kosztowne. W związku z tym w kurii wileńskiej powstał pomysł sprzedaży za granicę cennych flamandzkich gobelinów ze skarbca katedry. Pomysł wileńskiej kurii spotkał się z ogromnym protestem ze strony środowisk kulturalnych Wilna, które doprowadziły do zablokowania tej decyzji.
Podczas rządów radzieckich katedra została w 1950 roku zamknięta i przekształcona na magazyn. Wtedy też, 29-30 czerwca 1950 roku wysadzono w powietrze figury świętych stojące na szczycie fasady. Usunięto także liczne tablice pamiątkowe w języku polskim, w tym popiersie i tablicę arcybiskupa Jana Cieplaka. Potem odbywały się tutaj koncerty organowe. 4 czerwca 1956 roku otwarto galerię obrazów. Nabożeństwa zaczęto ponownie odprawiać tutaj od 1985 r., choć oficjalnie cały czas była to galeria obrazów. W 1989 r. katedra została rekonsekrowana, wkrótce potem odnowiona, odtworzono m.in. posągi na szczycie fasady. Obecnie w katedrze odprawiane są msze jedynie w języku litewskim.