กรุงวิลนีอุสตั้งอยู่ทางตะวันออกเฉียงใต้ของประเทศลิทัวเนีย (ละติจูด 54°41′ เหนือ และลองจิจูด 25°17′ ตะวันออก) ตรงจุดบรรจบระหว่างแม่น้ำวิลเนียและแม่น้ำเนริส

กรุงวิลนีอัสอยู่ห่างจากทะเลบอลติกและไคลเปดา (เป็นเมืองท่าหลักของลิทัวเนีย) 312 กิโลเมตร เมืองหลักอื่น ๆ ของประเทศ เช่น เคานัส (ห่างออกไป 102 ก.ม.) ชาอูเล (214 ก.ม.) และปาเนเวจิส (135 ก.ม.) สามารถไปถึงกันได้อย่างรวดเร็วและง่ายดาย

ปัจจุบันกรุงวิลนีอุสมีพื้นที่ 402 ตารางกิโลเมตร ตึกอาคารสูงกินเนื้อที่ร้อยละ 20.2 ของเขตเมือง นอกนั้นก็เป็นพื้นที่สีเขียว (ร้อยละ 43.9) และแหล่งน้ำ (ร้อยละ 2.1)

ในปี พ.ศ. 2544 มีการสำรวจสำมะโนประชากรโดยสำนักงานสถิติภูมิภาควิลนีอุส พบว่าในเขตเทศบาลนครวิลนีอุสมีประชากร 542,287 คน โดยร้อยละ 57.8 เป็นชาวลิทัวเนีย ร้อยละ 18.7 เป็นชาวโปแลนด์ ร้อยละ 13.9 เป็นชาวรัสเซีย ร้อยละ 4.0 เป็นชาวเบลารุส ส่วนจำนวนที่เหลือเป็นเชื้อชาติอื่น ๆ หรือเป็นผู้ปฏิเสธจะตอบคำถาม