Teisiniai aktai, liudijantys mokyklos įsteigimą, buvo pasirašyti 1977 m. balandžio 8 d. (Vilniaus miesto vykdomojo komiteto 1977 m. balandžio 8 d. sprendimas Nr. 167). Sprendimo 5-me punkte teigiama, kad mokyklą, esančią Vilniaus Viršuliškių mikrorajone, nutarta pavadinti 45-ją vidurine mokykla. 1977 m. rugsėjo 1-ąją mokykla priėmė pirmuosius 760 mokinius ir 42 pedagogus. 1980 m. pavasarį mokykloje išleista pirmoji 29-ių abiturientų laida. Jos auklėtoja buvo matematikos mokytoja Dalia Jokužienė. 1994 m. birželio 21 d. Vilniaus miesto tarybos pirmininko potvarkiu Nr. 62, Vilniaus 45-oji vidurinė mokykla pervadinta į Vilniaus Viršuliškių vidurinę mokyklą, o 2013 m. birželio 5 d. Vilniaus miesto savivaldybės Tarybos sprendimu Nr. 1-1274 Vilniaus Viršuliškių vidurinė mokykla pertvarkoma į Vilniaus Viršuliškių pagrindinę mokyklą. Vos po kelių metų – 2016 m., Vilniaus Viršuliškių pagrindinė mokykla Vilniaus miesto savivaldybės tarybos sprendimu Nr. 1-585 reorganizuota į Vilniaus Viršuliškių progimnaziją. Mokykloje ugdymas vykdomas lietuvių kalba nuo 1-osios iki 8-osios klasės.
Pirmasis mokyklos direktorius buvo istorijos mokytojas Steponas Petkevičius, vadovavęs mokyklai nuo 1977 m. iki 1986 m. Nuo 1986 m. iki 1988m. mokyklą valdė psichologas Aleksandras Česnavičius. Laikotarpiu 1988 m. – 1994 m. direktoriavo istorijos mokytojas Dalius Žižys, vėliau tapęs Lietuvos centrinio archyvo direktoriumi. Nuo 1994 m. mokyklai vadovavo anglų k. mokytoja, socialinių mokslų daktarė Ramutė Mečkauskienė.
Profilinis mokymas Lietuvos mokyklose pradėtas įgyvendinti nuo 2000 m. rudens, tačiau profiliavimas Viršuliškių vidurinėje mokykloje buvo įvestas daug anksčiau nei visoje Lietuvoje. Tiesa, Lietuvos švietimo politikoje apie tai nutylima. Tačiau archyviniai dokumentai liudija, kad dar 1988 m. Viršuliškių mokyklos vadovybė kreipėsi į tuometinę Lietuvos Švietimo, kultūros ir mokslo ministeriją prašydama leisti pradėti vykdyti diferencijuoto mokymo eksperimentą. 1988 m. rugsėjo 16 d. Lietuvos Švietimo, kultūros ir mokslo ministro pavaduotojas J. Stanys, įsakymu Nr.134 P, pavedė tuometiniam Lietuvos Pedagogikos mokslinio tyrimo institutui užtikrinti mokslinį vadovavimą ir konsultavimą diferencijuoto mokymo eksperimentui Vilniaus Viršuliškių (45-oji vidurinė) ir Vilniaus Karoliniškių (41-oji vidurinė) vidurinių mokyklų vyresnėse klasėse. Vilniaus miesto savivaldybės Finansų planavimo skyriui ir Bendrojo lavinimo metodikos kabinetui buvo pavesta išspręsti honorarų išmokėjimą eksperimentinių mokymo programų autoriams. Remiantis šiuo įsakymu mokykloje buvo sudarytos darbo grupės naujų mokymo programų rengimui. Į jų sudėtį buvo įtraukiami įžymūs Lietuvos mokslininkai, rašytojai, poetai bei eksperimentinių mokyklų pedagogai. Pvz.: Programų rengime dalyvavo VVPI profesorius Vincas Auryla, VVPI fakulteto dekanas, docentas Antanas Rasimavičius, rašytojai: Jonas Mačiukevičius, Jonas Mikelinskas, VVPI dėstytojas, profesorius habilituotas daktaras K. Musteikis, VVPI dėstytojas docentas L. Vyšniauskas, pedagogikos mokslų kandidatė, docentė A. Stasiulevičiūtė, VVPI docentė L. Kubilienė, VVU dėstytojas S. Lapinskas, RMTI pedagogikos mokslų kandidatas V. Januškevičius, profesorė, daktarė V. Kašauskienė, profesorius R. Šarmaitis, VVU rektorius, profesorius, akademikas J. Kubilius, VVPI docentas I. Grigelionis, VVPI prorektorius, fizikos mokslų kandidatas, daktaras J. Vosylius, profesorius, akademikas, VVPI profesorius V. Valentinavičius, VVU prorektorius, profesorius J. Vaitkus ir mokyklų pedagogai.
Tais pačiais metais Lietuvos švietimo, kultūros ir mokslo ministro pavaduotojas J. Stanys patvirtino ir pirmuosius eksperimentinius Mokymo planus humanitarinio ir gamtos mokslų profilių klasėms. Mokymo planų struktūra buvo labai paprasta. Ją sudarė: profiliniai dalykai, privalomi dalykai ir pasirenkamieji dalykai. Pirmą kartą dvejoms Lietuvos bendrojo ugdymo mokykloms buvo leista dirbti penkias dienas per savaitę, kai tuo metu kitose Lietuvos mokyklos pamokas vykdavo ir šeštadieniais. 1988 m. Vilniaus miesto švietimo skyriaus vedėjas Jonas Saladžius, vykdydamas LR Švietimo, kultūros ir sporto ministro įsakymą Nr.90 rašė: „Leidžiama vykdyti atskirų disciplinų eksperimentinį mokymą pagal profilius Vilniaus miesto vidurinėse mokyklose Nr.41 ir Nr.45“.
1990 m. kovo 30 d. Lietuvos Respublikos švietimo ir mokslo ministras Henrikas Zabulis įsakymu Nr.43 patvirtino Vilniaus (45-osios) Viršuliškių ir Vilniaus Karoliniškių (41-osios) eksperimentinių vidurinių mokyklų nuostatus ir pavedė Pedagogikos mokslinio tyrimo institutui užtikrinti vadovavimą pertvarkant ugdymo turinį. Vidurinio ugdymo studijos X, XI, XII klasėse buvo prilyginamos mokslui gimnazijos klasėse. 1990 metų kovo 29 d. Vilniaus miesto švietimo skyriaus vedėjas Jonas Saladžius kreipėsi į LR Aukščiausiosios tarybos pirmininką, profesorių Vytautą Landsbergį su prašymu, perduoti Vilniaus Viršuliškių mokyklai SDAALR pastatą, esantį Viršuliškėse, pirmajai atkurtos Lietuvos gimnazijai įsteigti. Pritarimo nebuvo sulaukta, o pastatas buvo perduotas Krašto apsaugos ministerijos žinion.
1991 m. gegužės mėn. LR Švietimo, kultūros ir sporto ministro pavaduotojas Arvydas Juozaitis patvirtino Vilniaus Viršuliškių eksperimentinės vidurinės mokyklos stojamųjų egzaminų į dešimtąsias klases tvarką. Šiam įsakymui pritarė Vilniaus miesto švietimo skyriaus vedėja Marija Barkauskaitė, pasirašydama 1991 m. balandžio 25 d. įsakymą Nr.199. 1992 m. Lietuvos švietimo, kultūros ir sporto ministerija leido dvejoms mokykloms nustatyti vienkanalius abitūros ir stojamuosius į Vilniaus universitetą egzaminus. Vykdant nurodymus į VU universiteto stojamųjų egzaminų komisijas buvo prašoma įtraukti ir mokyklos mokytojus. Mokykloje pokyčiai vyko sparčiai, nes jų kaitai tarpininkavo LR Švietimo, kultūros ir sporto ministerija. Buvo net nutarta mokyklos pradinio ugdymo klases atskirti nuo būsimosios Viršuliškių gimnazijos, jas perkeliant į l./d. Nr.114 patalpas. Įgyvendinant šią idėją Vilniaus miesto valdyba 1993 m. gegužės 9 d. potvarkiu Nr.987 Vilniaus Viršuliškių vidurinei mokyklai perdavė vaikų lopšelį/darželį Nr.114 (dabar l./d. „Žilvitis“), kad į jį būtų galima perkelti pradinės mokyklos klases, o buvusios vidurinės mokyklos pastate palikti progimnazijos ir gimnazijos klases. Tačiau tų pačių metų rudenį, darželio darbuotojams pasipriešinus, potvarkis buvo atšauktas kitu Vilniaus miesto valdybos potvarkiu Nr.1672-V (1993-09-09). Natūraliu eksperimentu pagrįsta švietimo raida buvo sustabdyta, o naujieji Lietuvos švietimo ministerijos politikai turėjo savus matymus ir rinkosi kitus švietimo kaitos dalyvius. Pirmasis smūgis mokyklos inovacijoms buvo tuometinės Lietuvos švietimo ir mokslo ministerijos valdininkų atsisakymas suteikti mokyklai gimnazijos statusą. Deja, tai nesustabdė mokyklos pedagogų dirbti kitaip. Viršuliškių mokyklos pedagogų idėjas perėmė Vilniaus 57-oji vidurinė mokykla, vėliau tapusi Mykolo Biržiškos gimnazija. Mūsų mokyklos 1996 m. realinę profilinę klasę baigusieji mokiniai, kuriuos parengė mokyklos fizikė, direktoriaus pavaduotoja Rita Graželienė bei fizikas Petras Jonušas, garsino Lietuvą pasaulinėse fizikų olimpiadose. Tai buvo Vincas Tomašiūnas, Aidas Alaburda, Gintas Vilkekis, Gediminas Veitas ir kiti, laimėjusieji pasaulinėse moksleivių fizikos olimpiadose prizines vietas. Daugelis jų šiandien yra garsūs mokslininkai fizikos srityje. Mūsų mokyklos pavyzdžiu sekė ir kitos šalies mokyklos ir 1998 m. LR Švietimo ir mokslo ministro Kornelijaus Platelio įsakymu Nr.1130 jau 36-ioms respublikos mokykloms buvo leista vykdyti profilinio mokymo eksperimentą.
2000 m. mokykla vėl pabandė gauti gimnazijos statusą, teikdama LR Švietimo ministerijai dokumentus, tačiau jos siekiams ir šį katrą nebuvo lemta realizuotis. LR Švietimo ir mokslo ministerijos valdininkai patys ėmė kurti profilinio mokymo modelius, kaip naują idėją švietime, ignoruodami Viršuliškių mokyklos patirtį.
Mokyklos administracija nuolatos reaguodavo į kaitos procesus, todėl 2009 m. mokykla įsijungė į mokyklos valdymo struktūros pertvarkos projektą. Šiame projekte dalyvavo 14 Lietuvos mokyklų. Projekto metu mokykloje pakeista valdymo struktūra ir perskirstytos valdymo funkcijos, įsivedamas etatinio mokytojų darbo apmokėjimo modelis. Deja, švietimo kaita mokyklose realiai priklauso ir nuo vietos politikų sprendimų, todėl įgyvendinant Vilniaus miesto mokyklų tinklo pertvarkos planą nuo 2012 m. rugsėjo 1 d. mokykloje jau nebekomplektuojamos 11-okų klasės. Paskutinioji, 34-oji abiturientų, laida išleidžiama 2013 m. pavasarį. Nuo 2013 m. rugsėjo 1 d. mokykla tampa pagrindine mokykla. Išnaudodama atsilaisvinusias patalpas mokyklos administracija įkuria tris ikimokyklinio ugdymo grupes 4 – 5 metų vaikams. Nauja patirtis, nauji iššūkiai iškyla mokyklos pedagogams, tačiau visi suprantame, kad kiekviename ieškojime galime atrasti naujus dalykus!
2012 m. mokykloje įgyvendinamas mokyklos pastato rekonstravimo projektas už Europos Sąjungos ir Vilniaus miesto savivaldybės lėšas. Rekonstruojama pastato išorė, viduje keičiama elektros instaliacija, šildymo, vandentiekio, vėdinimo sistemos, įrengiamas keltuvas negalią turintiems asmenims. Tuo pat metu, gavus dalinį finansavimą iš ŠMM, modernizuojamas ir mokyklos sporto aikštynas. Mokiniams sukuriama geresnė mokymosi aplinka.
2016 m. rugsėjo 1-oji buvo minima kaip Viršuliškių progimnazijos pradžia. Mokykloje mokiniai mokomi nuo 1-osios iki 8-osios klasių.