Ul. Wileńska to ulica o długości ok. 1,6 km biegnąca przez teren Karolewa. Zaczyna się po zachodniej stronie terenu stacji Łódź Kaliska Towarowa (d. Łódź Karolew). W dalszym biegu na zachód krzyżuje się m.in. z ul. Maratońską, Karolewską i Bratysławską, al. Bandurskiego i ul. Retkińską, a kończy się przy ul. Kozietulskiego. Tory linii kolejowej Łódź Kaliska – Kalisz dzielą ulicę na dwie niezależne części. Ulica pełni funkcję ulicy lokalnej (część wschodnia) i lokalnej ulicy zbiorczej (część zachodnia).

Ul. Wileńska to dawna główna droga osady rolniczej Karolew założonej w latach 50. XIX w. przez właściciela Retkinii i Brusa Mateusza Lubowidzkiego na częściowo zalesionych gruntach północnej części Retkinii . Obszar nowej kolonii miał wydłużony kształt wrzeciona, wzdłuż osi którego wytyczono tę główną drogę. Droga zaczynała się przy wschodniej granicy między wsią a miastem Łodzią w miejscu obecnego skrzyżowania ul. Łaskiej i al. Włókniarzy. Wzdłuż niej usytuowane były gospodarstwa pochodzących głównie z Niemiec osadników . Prostopadle do niej wytyczono działki rolne. Pod obecnym nr 57 urządzony został niewielki cmentarz wiejski czynny do końca II wojny światowej, zamieniony w latach 70. na skwer i plac zabaw.

Pod koniec XIX w. rozpoczęła się częściowa parcelacja gruntów pod niską zabudowę mieszkalną, zaczęły powstawać tu i na nowoutworzonych poprzecznych ulicach niewielkie kamienice. W 1901 r. ulice przecięły tory Kolei Warszawsko-Kaliskiej, a początkowy odcinek dawnej drogi wiejskiej zajął teren stacji Karolew na tzw. kolei obwodowej. W 1906 r. Karolew został włączony do Łodzi, a dawna główna droga tej wsi uzyskała nazwę ul. Szlachecka.

W latach 20. XX w. (prawdopodobnie w 1925 lub 1929 r.) ulicę przemianowano na Wileńską. Krótki początkowy odcinek dawnej drogi wiejskiej po wschodniej stronie stacji włączono w ciąg ul. Towarowej. W okresie międzywojennym główny ruch budowlany skupiony był na terenie po północnej stronie pomiędzy torem kolejowym i ul. Karolewską. Bardziej na zachód po południowej stronie w latach 1928-1935 na terenie przytykającym do ulicy wybudowane zostało pod egidą biskupa Tymienieckiego osiedle Towarzystwa Budowy Domków Robotniczych. Ulica została też na zachód od ul. Karolewskiej częściowo wybrukowana.

W 1951 r. ulicy nadano imię Małgorzaty Fornalskiej. W tym czasie również rozpoczęto na części gruntów należących wcześniej do spadkobierców Leo Plihala właścieciela pobliskiej fabryki budowę ośrodka szkoleniowego ZMP . Pod koniec lat 50. w budynkach ośrodka urządzono szpital im. Madurowicza. W pierwszej połowie lat 60. po południowej stronie ulicy pomiędzy torem kolejowym a ul. Bratysławską oraz za ul. Grodzieńską wzniesiono bloki mieszkalne. W latach 70. uzupełniono zabudowę o dalsze budynki głównie wysokościowe. W drugiej połowie lat 80. w związku z wybudowaniem przedłużenia ul. Maratońskiej zlikwidowano przejazd kolejowy , co spowodowało podział ulicy na dwa odcinki.

W 1990 r. przywrócono dawna nazwę Wileńska . Wkrótce ulica została przecięta nową al. Bandurskiego poprowadzoną w miejscu dawnych ogródków działkowych. Od tamtego czasu zabudowa ulicy prawie nie uległa zmianie. Na początku XXI w. ulicę kończącą się dotychczas na ul. Retkińskiej wydłużono do ul. Kozietulskiego o fragment biegnący przez teren należący do posesji Retkińska 29a niezabudowany i od dawna służący jako przejazd.