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La ville a été officiellement fondée en 1560, lorsque le roi Setthathirath y a transféré la capitale du royaume de Lan Xang. Les données archéologiques indiquent cependant une date légèrement antérieure : 1540, sous le règne de son père Photisarath, selon les inscriptions de 95 piliers de fondation découverts à Ban Phia Vat (entre le Vat Simuong et le Mékong) en décembre 2009[1]. (Ces piliers, ainsi que 193 autres de la même époque découverts en janvier 2007, seront bientôt exposés dans un nouveau musée[2].)

En 1570 et 1574, Vientiane fut attaquée par le conquérant birman Bayinnaung, mais celui-ci ne réussit pas à y maintenir sa domination.

Quand le Lan Xang s'effondra en 1707, Vientiane devint le centre d'un royaume indépendant, le royaume de Vientiane.

Une nouvelle fois pillée par les Birmans en 1764, la ville fut conquise en 1778 par le général Phraya Chakri (futur Rama Ier), qui en fit une dépendance du Siam.

Lorsque le roi Anouvong encouragea une rébellion, elle fut rasée par les armées du Siam en 1827.

Elle passa ensuite sous influence française à partir de 1893 et devint la capitale du protectorat français du Laos en 1899. En effet, les premiers explorateurs français arrivèrent dans la ville en 1867 et commencèrent la reconstruction de Vientiane. Un plan quadrillé de la ville est mis en place et un saupoudrage de maisons de maître de style colonial et de bâtiments administratif sort de terre. Cependant, Vientiane reste toujours une faible priorité indochinoise pour la France, comme en témoigne le programme de constructions modestes.

En 1928, la ville ne compte que 9 000 habitants, la plupart étant des vietnamiens amenés par les Français.

La ville devient la seule capitale du pays à la suite de la révolution de 1975 et des débuts de la république démocratique populaire du Laos. La cité royaume de Luang Prabang ayant perdu sa fonction de capitale. La ville est cependant vue comme un lieu dangereux par le régime de Pathet Lao. Le régime incite la population à quitter la ville pour retourner dans leur province d'origine. Ces départs auraient fait chuter la population de 40% (100 000 habitants environ) en 2 ou 3 ans[3].

Au cours des années 2000, la ville connaît une expansion brutale, aiguillonnée par la tenue du 10e sommet de l'ASEAN en novembre 2004, puis par les 25e jeux d'Asie du Sud-Est en décembre 2009 et la célébration de son 450e anniversaire (1560-2010) en novembre 2010.