Jogailas Kirche brannte 1419 ab und Jogailas Vetter, Großfürst Vytautas, ließ eine neue gotische Hallenkirche errichten. Ihre Mauern bestimmen bis heute den Kirchenbau im Inneren. Im Verlauf des 15. und 16. Jahrhunderts wurden zu beiden Seiten Kapellen angebaut. Brände im 16. und 17. Jahrhundert führten zum Umbau im jeweils aktuellen Baustil, Renaissance (1534–1557) und Barock (1612–1632). Zur gleichen Zeit wurde die bedeutende Kasimir-Kapelle errichtet (1624–1636; s. u.). Der Krieg mit Moskau 1654–1657 hinterließ schwere Schäden an der Kathedrale, so dass 1666–1676 umfangreiche Innenarbeiten durchgeführt wurden. Ende des 17. Jahrhunderts erfolgte die Ausschmückung der Kasimir-Kapelle. 1769 stürzte durch Blitzschlag einer der beiden Kirchtürme ein, die beim barocken Umbau am Portal errichtet worden waren, und die Kirche musste geschlossen werden.