Obecny zbór murowany wzniesiono wg projektu Karola Podczaszyńskiego w latach 1830–1835. Nadano mu ciekawą formę architektoniczną – na frontonie kościoła przed 1939 znajdowały się trzy posągi dłuta Kazimierza Jelskiego, obecnie ocalał jedynie "Chrystus przemawiający do tłumu". Na dachu ustawiono też trzy figury, m.in. kobiety z krzyżem oraz dwóch aniołów, obecnie również zniszczone. Na frontonie znajdował się także napis po polsku "Oddajcie chwałę Panu."
Kościół posiada elementy klasycystyczne, m.in. charakterystyczny portyk złożony z sześciu kolumn doryckich. Wnętrze świątyni zdobił sufit z ornamentami roślinnami, umieszczono w nim również tablice poświęcone pamięci reformatorów litewskich.
Wileńscy kalwini modlili się w świątyni do 1945, po włączeniu Wilna w skład ZSRR kościół zamieniono na kino. Po 1991 został zwrócony lokalnej parafii reformowanej.
Na wprost świątyni przy ul. Zawalnej 11 znajdował się niegdyś gmach Kolegium Ewangelicko-Reformowanego.
Budynek zboru wileńskiego był inspiracją architektury zboru kalwińskiego w Raśnej oraz w Łodzi.