Įkūrus 1956 m. spalio mėnesį Vilniaus troleibusų valdybą, buvo nutiestas 7,8 km ilgio kontaktinis tinklas, pastatytas parkas 25 troleibusams. Lapkričio 3 dieną į Vilniaus gatves išriedėjo pirmieji 7 MTB-82D troleibusai „Antakalnis – Stotis“ maršrutu. Kitais metais buvo atidarytas antras maršrutas „Stotis – Žvėrynas“. Kasmet buvo tiesiamos kontaktinio tinklo linijos, atidaromi nauji maršrutai, įsigyjami naujesnių tipų troleibusai. Vilniuje 1967 m. veikė 13 maršrutų, kurių bendras ilgis - 217 km, parkas turėjo 159 troleibusus. Iki 1975 metų buvo įrengti bemaž visi šiandien veikiantys maršrutai.
Nuo 1960 m. parkas įsigydavo čekiškus troleibusus: „Škoda-8Tr“ ir “Škoda-9Tr“, o nuo 1982 m. techniškai modernesnius „Škoda-14Tr“ troleibusus. Besiplečiant elektrinio transporto tinklui, įmonė nepajėgė sutalpinti transporto priemonių, todėl 1961 metais pradėta rekonstruoti troleibusų parką. Po rekonstrukcijos parke tilpo 120 troleibusų.
Augant miestui didėjo keleivių srautai, jiems pervežti reikėjo vis didesnio troleibusų kiekio. Parkas 1982 m. negalėjo sutalpinti - turėtų 278 troleibusų, todėl buvo pradėta rengti antrojo parko projektą. Antrasis parkas buvo atidarytas 1985 gruodžio 25 d. Viršuliškių mikrorajone. Jame galima buvo aptarnauti 150 troleibusų. Bendras 297 troleibusų kiekis buvo paskirstytas abiems parkams, todėl palengvėjo darbuotojų darbo sąlygos, transporto priemonių techninė priežiūra ir pagerėjo keleivių aptarnavimas.
Vilniaus troleibusų valdyba 1993 m. balandžio mėn. buvo reorganizuota į UAB „Vilniaus troleibusai“. Įmonės steigėja ir akcijų savininkė Vilniaus miesto savivaldybė. Jos lėšomis 1996 m. ir 1997 m. iš Čekijos buvo įsigyta po 30 naujų troleibusų „Škoda-14Tr“ bei 1999 m. nupirkti 23 „Škoda-14Trm“ troleibusai.
Bendrovė 2004-2006 m. lizingo būdu įsigijo naujus 45 modernius žemagrindžius „SOLIARIS Trolino 15AC“ troleibusus. Jie patogūs žmonėms su negalia, jų talpa 1,5 karto didesnė, todėl sparčiau aptarnaujami keleiviai. Bendrovė nusipirko 23 naudotus „Škoda-14 TR troleibusus, kurie buvo remontuojami įmonės dirbtuvėse. Bendrovė rūpestingai eksploatuoja turimus troleibusus: senesnius – remontuoja įmonės remonto dirbtuvėse. Taikant naują technologiją, troleibusai po kapitalinio remonto ir išore, ir vidumi beveik nesiskiria nuo naujų troleibusų. Dėka kapitalinio remonto per pastaruosius penkerius metus buvo atnaujinta didžiuma senesnių troleibusų, kurie naudojami ir šiandien.
Tobulinant transporto veiklą, itin svarbu eismo reguliarumas. Todėl buvo sukurta ir įdiegta kompiuterizuota eismo kontrolės sistema. Jos dėka galima stebėti visų troleibusų, ar atskirų maršrutų troleibusų judėjimą pagal sistemoje įvestą troleibusų judėjimo grafiką. Specialūs davikliai fiksuoja visus nukrypimus nuo eismo grafiko. Šie duomenys kaupiami, analizuojami ir padeda tiksliau įvertinti viešojo transporto situaciją, operatyviai šalinti iškilusius nesklandumus bei koreguoti eismo grafikus.
Pastaraisiais metais ryškėjant vairuotojų kaitos problemai, bendrovėje 2005 gegužės mėn. buvo reorganizuotas Profesinio mokymo centras. Jame organizuojami kursai norintiems dirbti troleibusų vairuotojais ir rengiami bendrovės vairuotojams kvalifikacijos kėlimo kursai. Iki 2007 m. parengta 70 naujų troleibusų vairuotojų ir 60 bendrovės vairuotojų įgijo aukštesnę vairuotojo klasę.
Bendrovė turi 322 troleibusus (2010- 01- 01). Darbo dienomis į 20 maršrutų išvažiuoja 223 troleibusai, šeštadieniais ir švenčių dienomis – 115 troleibusų. Bendras maršrutų ilgis – 474 km. Per dieną troleibusai nuvažiuoja 36 800 km, perveža apie 213 tūkst. keleivių. Kontaktinį tinklą elektros srove aprūpina 19 traukos pastočių. Bendrovėje dirba 1151 darbuotojas.
