Fondata probabilmente intorno al 1084, sotto il dogado di Vitale Falier, e dedicata infatti al suo santo patrono, la chiesa venne ricostruita una prima volta nel XII secolo quando venne rifatto l'attuale campanile in mattoni con cuspide piramidale, e successivamente, nel XV secolo, in forme gotiche.
Più importanti furono gli interventi di fine XVII secolo: gli eredi di Francesco Morosini, detto il Peloponnesiaco, decisero di farne il monumento funebre al valoroso Doge condottiero che aveva conquistato la Morea ma, a causa di contrasti sorti all’interno della famiglia, il progetto del mausoleo non fu tradotto in realtà.

L’architetto Antonio Gaspari, allievo di Baldassarre Longhena, che aveva preparato per i Morosini il progetto di rifacimento dell’edificio, iniziò comunque la ricostruzione della chiesa adattandola alla sola funzione cultuale. Tra il 1696 e il 1700 si compì la ricostruzione interna.

Al nuovo edificio caratterizzato, ora, da un’unica navata e altari laterali mancava, però, la facciata che fu eseguita più tardi, grazie ai finanziamenti della famiglia Contarini, dall’architetto Andrea Tirali che si rifece a modelli palladiani presenti in città: la facciata presenta, infatti, un solo ordine di colonne corinzie poggianti su alti basamenti che sostengono un timpano triangolare coronato da statue.

Una volta all’interno dell’edificio si viene subito colpiti dalla pala dell’altare principale dipinta da Vittore Carpaccio: il quadro rappresenta San Vitale a cavallo e quattro santi che adorano la Vergine col Putto (1514). Altri dipinti presenti in chiesa sono opera di artisti settecenteschi operanti in diversi ambienti della laguna come Piazzetta, Pellegrini e Giulia Lama, pittrice dalle poche opere conosciute.  In controfacciata è presente l’organo Bazzani costruito nel 1833.

Pregevole è anche la sacrestia dove, in un ambiente raccolto, trovano collocazione una serie di dipinti di autori settecenteschi.

La tradizione racconta che nella chiesa di San Vidal fu posta la sepoltura del famoso musicista veneziano Baldassare Galuppi (morto il 17 gennaio 1785), della quale, però, non vi è nessuna lapide commemorativa.