Per didžiausią paskutinę katedros rekonstrukciją (1783-1801) Laurynas Gucevičius suprojektavo šv. Vladislovo, (anksčiau – vyskupo Abraomo Vainos), elipsės formos koplyčią. Koplyčia buvo ištapyta freskomis, kurių fragmentus galima matyti iki šiol. Prie koplyčios altoriaus išlikę lotyniški užrašai liudija teologinę freskų prasmę: ZELUS (uolumas) ir FIDES (tikėjimas). Koplyčios altorius įrengtas XIX a. vid., šiaurinėje nišoje stovi masyvi gipsinė šv. Vladislovo, rankoje laikančio kryžių, skulptūra (1861–1863 m., aut.  Henrikas Dmochovskis). Iki 1905 m. ši skulptūra, kaip misionieriškos ir veiklios katalikybės ženklas, caro valdžios nutarimu buvo uždengta. Freskoje virš karaliaus Vladislovo I statulos išlikęs dedikacinis koplyčios įrašas lotynų kalba. 2021 m. atidengtas XVIII pabaigoje – XIX a. pradžioje sukurtas, XX a. uždažytas, kupolo dekoras (120 kv.m) su gausia iliuzine tapyba.

Šv. Vladislovas yra Vengrijos ir Vilniaus katedros globėjas. Apie stebuklingą karaliaus pamaldumą pasakoja net kelios legendos. Per miesto apsiaustį, išsekus šuliniams ir visiems kenčiant baisų troškulį, karaliaus uolios maldos dėka jo žirgas kanopa trenkė žemėn ir toje vietoje ištryško šaltinis. Priešams persekiojant karaliaus kariuomenę ir valdovui karštai meldžiantis, kalnuose prasivėrė tarpeklis ir visi laimingai paspruko. Siaučiant marui jam buvo suteikta malonė žmones gydyti žole, ant kurios nusileis karaliaus paleista strėlė. Sakoma, kad netgi po savo mirties karalius ne kartą pasirodė kariuomenės priekyje, drąsindamas stoti į mūšį. Lietuvos ir Lenkijos valdovas Jogaila, priimdamas krikštą, pasirinko šv. Vladislovo vardą. Šv. Vladislovas drauge su šv. vyskupu Stanislovu yra Vilniaus katedros globėjai.

Kalėdų laikotarpiu Šv. Vladislovo koplyčioje paruošiama prakartėlė.