XIX a. pradžioje Vilniuje gyveno apie 20 000 žmonių. 1875 m. gyventojų skaičius išaugo iki 82 668, o 1909 m. pasiekė 205 000. 1875 m. duomenimis, dvasininkai sudarė 0,4% gyventojų, užsieniečiai - 1,8%, valstiečiai - 6,4%, pirkliai - 2,6%. Pagal tikėjimą, apie 40% buvo katalikai (lenkai ir lietuviai), apie 25% - stačiatikiai (rusai ir baltarusiai), ir apie 35% - judėjai (žydai).

XIX a., uždarius universitetą, kultūrinis gyvenimas priblėso, bet nenutrūko. 1855 m. įkurta Vilniaus archeologijos komisija ir Senienų muziejus (pirmasis viešas muziejus Vilniuje), bei viena didžiausių Rusijos imperijoje viešoji biblioteka. Buvusioje Rotušėje veikė miesto teatras. Vilnius buvo svarbus žydų dvasinis ir kultūros centras („Lietuvos Jeruzalė“), su religiniais centrais, literatūros salonais ir spaustuvėmis. XX a. pradžioje Vilnius tapo lietuvių tautinio atgimimo centru, su įvairiomis draugijomis ir politine veikla. 1904 m. pradėtas leisti pirmasis legalus lietuviškas dienraštis „Vilniaus žinios“.

Vilnius modernėjo: statyti mūriniai 4-5 aukštų eklektikos stiliaus namai, nutiestas Georgijaus (dabar – Gedimino) prospektas, kuriame įsikūrė valstybinės įstaigos, bankai, viešbučiai ir restoranai. Generalgubernatoriaus rezidencija įsikūrė dabartiniuose Prezidentūros rūmuose. Pertvarkytas vandentiekis (iš Vingrių šaltinių, geležiniai vamzdžiai vietoj medinių), įrengtos vandens kolonėlės. Gatvės grįstos, įrengti mediniai šaligatviai, dujiniai žibintai. Keleivius vežiojo diližanai, omnibusai, vėliau – arklių tramvajus (konkė). Atsirado pirmieji automobiliai. Sanitarinės sąlygos buvo prastos dėl ekskrementų šalinimo problemų ir gyvulių skerdyklų.

Miesto valdymą vykdė miesto dūma, vadovaujama miesto galvos (prezidento), dažniausiai caro valdžiai lojalaus stačiatikio. Dūmos veiklą griežtai kontroliavo gubernatorius. Tvarką mieste prižiūrėjo policmeisterio vadovaujama policija. XIX a. antroje pusėje, nutiesus geležinkelį ir plėtojantis pramonei, Vilnius tapo sparčiai augančiu ūkio centru su baldais, audimu, tabaku, šokoladu ir alaus gamyba. Klestėjo prekyba, ypač garsėjo Kaziuko mugė.

Vilniuje gyveno įvairių tautybių, tikėjimų ir socialinių sluoksnių žmonės. Turtingiausieji gyveno Georgijaus prospekte, Vilniaus, Didžiosios Pohuliankos (dab. Basanavičiaus) gatvėse, moderniuose butuose. Senamiesčio namuose gyveno sluoksniais: apačioje – neturtingieji, viduryje – pasiturintieji, viršuje – patys neturtingiausi. Priemiesčiuose (Lūkiškėse, Šnipiškėse, Paplaujoje) gyveno įmonių savininkai, tarnautojai ir darbininkai. Populiarios pramogos – pasivaikščiojimai soduose (Botanikos, Bernardinų), kavinės, restoranai (turtingiesiems), smuklės ir užeigos (prastuomenei).

Po Abiejų Tautų Respublikos III padalijimo, Vilnius, buvusi Lietuvos sostinė, tapo Rusijos imperijos gubernijos centru. Carinė valdžia apribojo miesto teises ir siekė panaikinti jo istorinę reikšmę, griaudama svarbius Lietuvos valstybingumą simbolizuojančius pastatus, įskaitant Žemutinės pilies valdovų rūmus ir dalį miesto gynybinės sienos. Vilniaus pilių teritorijoje įrengta karinė tvirtovė, o kai kurios bažnyčios pertvarkytos į cerkves ar sandėlius.