Požemiai
Karalių kripta
Mauzoliejus
Kapitulos kripta
Vyskupų kripta
Vytauto Didžiojo kapo vieta
Nukryžiavimo freska
Katedros požemiai buvo Bažnyčiai ir Lietuvos Didžiajai Kunigaikštystei nusipelniusių asmenų laidojimo vieta. Juos laidodavo po katedros grindimis įruoštose kriptose. Vilniaus katedros grindys perklotos daugiau kaip 12 kartų. Pirmosios katedros grindys yra 2,7 m gylyje. Viso po katedra buvo 27 įvairaus gylio ir dydžio kriptos. Iš jų 20 kriptų laidoti žymūs asmenys. Katedros požemiuose buvo laidojami Kęsgailų, Monvydų, Goštautų, Katkevičių, Radvilų, Tiškevičių, Zavišų, Pacų, Valavičių, Bialozarų ir kitų garsių Lietuvos giminių šeimos nariai.
Dėl aukšto gruntinio vandens lygio pavasario potvynių metu kriptas užliedavo vanduo. Karų ir suiručių metais įvairiais laikotarpiais į požemius ieškodami brangenybių įsiverždavo kareiviai.
Tyrinėjimai
1931 m. po pavasarinio potvynio katedros sienose atsivėrė didesni plyšiai. Įsteigtas Vilniaus bazilikos Gelbėjimo komitetas iškėlė iš požemių daugelį palaikų, tyrinėjo pastato būklę, šventovės kriptose betonavo polius, o koplyčiose sienas suvaržė specialiais kabliais. Po šv. Kazimiero koplyčia, atradus kunigaikščių ir jų šeimų narių palaikus, įrengtas mauzoliejus.
1968—1989 m. kriptos buvo tvarkomos, vykdomi tyrinėjimai, parengta ekspozicija. Tarp pirmojo ir antrojo šiaurinių piliorių, šventovės rūsiuose atrasti pirmosios katedros, statytos dar prieš 1387 m., vakarinės sienos, sumūrytos iš lauko akmenų, fragmentai. Prie pat sienos — glazūruotomis plytelėmis išklotų grindų plotelis. Prie pirmosios katedros rytinės sienos atrasti laukų akmenų ir degto molio grindų fragmentai, būdingi pagoniškų apeigų vietovei. Prie šių grindų aptiktos 6 židinių liekanos. Tai galėjo būti pagoniški aukojimo židiniai. Kai kurie iš jų gali būti iš pirmojo tūkstantmečio. Seniausieji palaidojimai rasti daugiau kaip 3 m gylyje. Visų palaidotų asmenų galvos atgręžtos į vakarus. Įkapės dėl drėgmės sunykusios. Mirusiųjų kūnai karstuose buvo apipilami negesintų kalkių ir pelenų mišiniu, kad neplistų ligos. Pirmieji laidojimai — skobtiniuose karstuose, kurių apačios nesupuvusios, nes mirko gruntiniame vandenyje.
Karalių kripta
Karalių kriptoje, įrengtoje po pagrindine katedros nava, prie rytinės pirmosios katedros sienos, netoli presbiterijos, laidoti garsiausi Lietuvos valdovai. Ši kripta pastatyta ne vėliau kaip XV a. pabaigoje. Dabar karalių kripta tuščia. Joje paliktos pirmykštės gruntinės grindys. Ant jų dar likęs tamsus juosvas rąstas, ant kurio kelis šimtmečius stovėjo Lietuvos didžiųjų kunigaikščių karstai, vėliau perkelti į mauzoliejų.
Kapitulos kripta
Po dabartinės presbiterijos grindimis yra kapitulos kripta. Tai didžiausia ir vaizdingiausia požeminė katedros patalpa. Tai gotikinė dviejų navų paraminių arkų kripta, kurią dalija trys stori stulpai, į kuriuos remiasi kryžminiai burių pavidalo skliautai. Joje buvo laidojami kapitulos nariai. Tvarkant katedros pamatus po 1931 m. potvynio palaikai perkelti kitur.
Vyskupų kripta
Po Švč. Sakramento koplyčia, anksčiau buvusia Vyskupų, įrengta Vyskupų kripta, kurioje šimtmečiais buvo laidojami Vilniaus vyskupai: Jonas Žygimantaitis, Motiejus Ancuta, Jonas Zaviša, Mykolas Zienkovičius, Ignas Jokūbas Masalskis. Kai kurie vyskupai palaidoti koplyčiose: Povilas Alšėniškis — Goštautų koplyčioje, Eustachijus Valavičius — Valavičių koplyčios kriptoje, Abraomas ir Benediktas Vainos — kriptoje prie didžiųjų katedros durų. 1989 m. į šią kriptą atneštas karstas, kuriame įdėta sauja žemių iš bendro kapo prie Vladimiro kalėjimo, kuriame 1953 m. lapkričio 8 d. mirė Vilniaus arkivyskupas Mečislovas Reinys. Vyskupų kriptoje 1991 m. birželio 24 d. buvo palaidotas Vilniaus arkivyskupas Julijonas Steponavičius, 1992 m. perlaidotas Tremtinių koplyčioje prie vakarinės sienos.
Vytauto Didžiojo kapo vieta
1430 m. Vytautui mirus, jis buvo palaidotas Vilniaus arkikatedroje, šalia mirusios žmonos Onos kapo, prie Šv. Mykolo Arkangelo altoriaus, netoli tos vietos, kur dabar stovi XVIII a. pab. pastatyta alegorinė „Dievo meilės” skulptūra. 1530 m. degė ne tik katedra, ber ir Vytauto kapas bei antkapis. Po gaisro Vytauto Didžiojo palaikai perkelti į senosios Karalių, dabar Valavičių, koplyčios kriptą, vėliau vysk. Valerijono Protasevičiaus rūpesčiu sugrąžinti atgal ir antkapinėje plokštėje pridėtas ir Bonos Sforzos įrašas lotynų kalba. XVII a. per vykusius karus Didžiojo kunigaikščio antkapis sunaikintas. Manoma, kad Vytauto palaikai galėjo būti paslėpti pačioje katedroje. Ankapio įrašą 1853 m. memorialinėje lentoje atkartojo grafas Eustachijus Tiškevičius apačioje pridėdamas prierašą apie gaisrą ir atminimo įamžinimą. Kur šiuo metu yra Vytauto Didžiojo palaidojimo vieta, nežinoma.