Kamerinis ansamblis „Vilniaus arsenalas“ susibūrė 1986 m., aktyvią koncertinę veiklą pradėjo atidarius Taikomosios dailės muziejų Vilniuje. Čia ansamblio rengiami koncertai tapo tradiciniai, o ansamblio pavadinimas buvo susietas su muziejaus patalpomis, kuriose XVI–XVII a. buvo laikomi ginklai.
Ansamblio repertuaras, kurio pagrindą iš pradžių sudarė XVII–XVIII a. kamerinė muzika, ilgainiui plėtėsi, įtraukiant įvairių epochų kūrinius nuo ankstyvojo baroko iki šiuolaikinių kompozicijų. Pastaruoju metu ansamblis vis dažniau pasirodo šiuolaikiniame amplua, didesnį dėmesį skirdamas XX–XXI a. autoriams. „Vilniaus arsenalui“ ypač reikšminga šiuolaikinė lietuvių muzika, jo iniciatyva gimsta nauji kūriniai. Nuo 2001 m. ansamblio pradėtas kūrybinis bendradarbiavimas su iškiliausiais nūdienos Lietuvos kompozitoriais tęsiasi iki šiol: ansamblis inicijavo ir atliko daugiau kaip 70 lietuvių kompozitorių premjerų. „Vilniaus arsenalas“ pradėjo įrašinėti kompaktinių plokštelių ciklą „Erdvės ir laiko atspindžiai“, skirtą šiuolaikinei lietuvių kompozitorių kūrybai. 2006–2011 m. išleistos keturios kompaktinės plokštelės su ansamblio inicijuotais šiuolaikinių lietuvių autorių vokaliniais ciklais ir instrumentine muzika, sukurta 2001–2010 m. (įrašyti 25 kūriniai).
Ansamblis aktyviai koncertuoja ir yra surengęs daugiau kaip 1000 koncertų įvairiuose Lietuvos miestuose, Olandijoje, Prancūzijoje, Vokietijoje, Lenkijoje, Latvijoje, Estijoje. Dalyvavo Lietuvos nacionalinės televizijos ir radijo laidų įrašuose.
Kolektyvas yra daugelio tęstinių projektų, klasikinės ir šiuolaikinės muzikos festivalių dalyvis, surengė pasirodymų įvairiuose barokinės muzikos ir kultūros paveldui skirtuose projektuose, įgyvendino nemažai kultūrinių projektų, skirtų muzikos ir kitų menų sąveikoms.