Za panowania Zygmunta II Augusta dobudowano po 1544 roku od zachodu i północy (czyli od strony katedry) renesansowe skrzydło zwane Pałacem Nowym. Pracami kierował Giovanni Cini przy udziale Giovanniego Marii Mosca Padovano i Filippo Bartolommeo da Fiesole. Skrzydła pałacowe posiadały krużganki o nieznanej formie. Nieznany jest także program użytkowy i rozkład pomieszczeń. Pałac spełniał rolę rezydencji wielkoksiążęcej i rezydencji królów Rzeczypospolitej Obojga Narodów, państwa federacyjnego złożonego z Korony Królestwa Polskiego i Wielkiego Księstwa Litewskiego.
W 1610 r. podczas pobytu Zygmunta III Wazy pałac spłonąłWilno. Przewodnik krajoznawczy Juljusza Kłosa Prof. Uniwersytetu St. Batorego. Wydanie trzecie poprawione, Wydawnictwo Wileńskiego Oddziału Polskiego Towarzystwa Turystyczno-Krajoznawczego, Wilno 1937, s. 21., po czym został odbudowany w stylu manierystycznym. W latach 40. XVII wieku na polecenie Władysława IV zamek został w znacznym stopniu rozbudowany pod kierunkiem Costante Tencalla w stylu wczesnobarokowym i wtedy też nadbudowano o jedno piętro główne skrzydła od południa i wschoduCzyż A.S., O inwestycjach budowlanych Wazów w Wilnie, „Rocznik Lituanistyczny”, 7, Warszawa 2021, s.