В исторических источниках колокольня впервые упомянута в 1522 году, когда башне потребовался ремонт. При реконструкции были сужены окна и уничтожены бойницы, стены покрыты штукатуркой. В первой четверти XVI века итальянский архитектор Аннус (Annus) на оборонительной круглой башне выстроил два восьмиугольных яруса для колоколов. Верхний четвёртый ярус восьмистенной части колокольни был возведён в 1598 году[2] и позднее приспособлен для часов. У двух средних ярусов есть черты барокко, четвёртый ярус в стиле классицизма. Внешние стены первых трёх ярусов выложены из булыжника. Каждые 3—4 ряда каменной кладки чередуются узкой полосой кирпичной кладки в 1—2 кирпича. Верхний четвёртый ярус выстроен из кирпичей в готической кладке.

В XVII—XIX века колокольня из-за повреждений в войнах и пожарах неоднократно перестраивалась. Восстановлением пострадавшей при пожаре в 1610 году колокольни руководил архитектор Вильгельм Поль. Во второй половине XVII веке на башне было повешено несколько колоколов, отлитых Яном Деламарсом, и установлены часы. В середине XVIII века мастер Густав Мёрк повесил на колокольне больше колоколов. Крыша колокольни была сформирована в 1893 году, но позже её форма менялась. Она покрыта жестью, венчающий её шпиль (8 м) — листовой медью. Верхушка шпиля оканчивается железным крестом (5 м) работы местных мастеров, в 1893 году закреплённым на позолоченном барабане.

Башенные часы изготовлены в конце XVII века и установлены на башне в 1672 году. Предполагается, что часовой механизм был изготовлен в Германии; имя мастера неизвестно. Механизм реконструировался в 1803 году. Эта дата вырезана в кованой раме часов. Занимался реконструкцией часового механизма староста виленского цеха часовщиков Юзеф Бергман. В конце XIX века рухнула башня с часами вильнюсской Ратуши и часы колокольни собора стали главными часами в городе.

Циферблаты из медного листа установлены на всех четырёх сторонах самого верхнего яруса. Циферблаты диаметром 2 м снабжены только часовой стрелкой. Обод циферблатов, римские цифры и стрелки покрыты позолотой. Тупой конец единственной стрелки украшен полумесяцем, остриё показывает часы.

Колокол, отбивающий часы, отлит в 1673 году литейных дел мастером Яном Деламарсом. Его высота — 58 см, диаметр — 107 см. Колокол опоясан латинской надписью, украшен рельефными фигурами Пресвятой Девы Марии, покровителей собора святого Казимира и святого Станислава. Меньший колокол, отбивающий четверти, отлит в 1758 году. Фундаторами колокола были епископ виленский Николай Стефан Пац и Анджей Казимир Оссовский. Четверти часов отсчитывает колокол меньшего размера, отлитый в 1754 году литейщиком Густавом Мёрком. Молоточки бьют по нему каждые 15 минут: один удар — первая четверть часа, два удара отбивают полчаса, три удара – 45 минут. Новый час отмечают четыре удара колокола меньшего размера; после короткой паузы молоток большого колокола наносит удары по числу часов.

Колокольня ремонтировалась в 1965 году. В 1967 году на колокольне были установлены 17 колоколов разной величины, на которых вызванивали мелодии во время празднеств и полуденный сигнал литовского радио.

В колокольне размещался диспетчерский пункт Вильнюсского бюро путешествий и экскурсий.