W latach 1330 – 1411 pełnił funkcję katedry, potem był kościołem przyszpitalnym, w osiemnastym wieku chciano go przejąć na cerkiew – dzieje tej niewielkiej świątyni odzwierciedlają bogatą historię włocławskiego grodu. Dla wielu osób kościół św. Witalisa jest miejscem dość tajemniczym, a to dlatego, że jako kościół seminaryjny Wyższego Seminarium Duchownego dostępny jest dla wiernych jedynie w dniu odpustu św. Witalisa, tj. w drugą niedzielę maja i sporadycznie w innych okolicznościach.

Odwiedzając kościół św. Witalisa warto spojrzeć w górę. W połowie szesnastego wieku drewniane, gotyckie sklepienie zastąpiono sklepieniem murowanym, które zachowało się do dziś. Uwagę zwiedzających zwraca również oryginalne zdobienie z motywem czteroliścia. Motyw ten, w różnych kombinacjach, był podstawą konstrukcji gotyckiego maswerku ściennego. W kościele do dnia dzisiejszego zachowały się i pozostają w użyciu, organy wykonane przez włocławska firmę S. Truszczyńskiego.

Do początku dziewiętnastego wieku kościół św. Witalisa otoczony był cmentarzem, na którym spoczywali duchowni z katedry i ubodzy z pobliskiego szpitala, a w czasie okupacji świątynia służyła do odprawiania niedzielnych nabożeństw dla żołnierzy niemieckich, którzy przebywali w szpitalu wojennym.

Setki lat istnienia kościoła owocowały kolejnymi pracami restauratorskimi. Pierwsza, gruntowna renowacja miała miejsce w latach 1534 – 1544. Ponad 170 lat później, po roku 1717, od północnej strony prezbiterium dobudowano niewielką zakrystię sklepioną kolebkowo. Począwszy od polowy dziewiętnastego wieku, kościół pod wezwaniem świętego Witalisa, zwany już kościołem seminaryjnym, był wielokrotnie remontowany. W 1928 roku zniesiono ogrodzenie zasłaniające świątynię, a w jego miejsce pojawiło się nowe, które znamy do dziś – w postaci betonowych słupków połączonych żelaznymi łańcuchami. Kościół ponownie, gruntownie odrestaurowano w latach 70. dwudziestego wieku.

Ostatnie prace miały miejsce w latach 2000-2002 i w roku 2009. Renowację kościoła świętego Witalisa wsparł samorząd Włocławka z puli środków na prace przy zabytkach.