Viliouïsk est née en 1634 d'un campement d'hiver de Cosaques. En 1775 la colonie devient un centre administratif à la suite d'un redécoupage de la région d'Irkoutsk. L'agglomération est reconstruite à son emplacement actuel par des exilés politiques qui avaient participé à la révolte de Pougatchev (1773-1775). La nouvelle agglomération reçoit en 1783 le nom d'Olensk et devient le chef-lieu du gigantesque arrondissement de Viliouï. En 1821, l'agglomération est renommée Viliouïsk.