Первоначальное название поселения, откуда берёт начало город Вилюйск: Верхнее Вилюйское зимовье, первое русское поселение на Вилюе, пункт сбора ясака и форпост освоения русскими казаками бассейна реки Вилюй.
В 1634 г. енисейский казак Посник Иванов-Губарь «сотоварищи» напротив устья речки Тюнг на берегу реки Вилюй поставил небольшой острожек и стал собирать ясак с местных якутских и тунгусских родов. Впоследствии его поселение получило название Верхневилюйское зимовье, которое до начала XVIII в. в зависимости от миграции населения меняло свое местоположение.
В 1742 г. на старом поселении был построен православный Николаевский храм. Во время правления Екатерины II в этом зимовье находилось управление города Оленск, упраздненное указом Павла I. С 1805 г. Верхневилюйское зимовье становится центром уезда, с 1822 г. – «малолюдным» городом под названием Вилюйск. В нем находилось управление Вилюйского округа, в том числе вилюйский окружной исправник.
В 1906 г. город получил общественное самоуправление во главе которого был староста. Купец 2-й гильдии Н.А. Расторгуев построил новые магазины европейского типа. В первом десятилетии ХХ в. в городе имелись высшее городское училище, телеграф, телефон, педагогическое училище. Электричество проведено в 1928 г. По административной реформе районировании город Вилюйск с 1930 г. является центром района, ныне улуса.