Святой Виталий, которому посвящена эта церковь, был богачом из Милана, или Медиоланума - так город назывался во времена Римской Империи. За открытое исповедование христианства Святой Виталий был подвергнут пыткам, а затем заживо похоронен.
Первая церковь была заложена на этом месте в 1084-м году, во время правления дожа Витале Фальера. Храм был перестроен в XII веке, а затем в конце XVII века архитектор Антонио Гаспари сделал его таким, каким мы видим сегодня. Венецианское государство хотело похоронить в церкви великого дожа Франческо Морозини, умершего в 1694-м году, но потом решило предоставить его прах церкви Санто-Стефано, на противоположной стороне площади.
Церковь имеет только один зал со сводчатым потолком. В ней хранятся картины XVII века, а также работы Себастьано Риччи, Джованни Антонио Пеллегрини и Джанбаттисты Пьяцетты. В пресвитерии – пространстве между нефом и алтарем - находится картина "Святой Виталий на коне и четверо святых, преклоняющиеся перед Мадонной с младенцем", написанная Витторе Карпаччо в начале XVI века.
Сегодня в этой церкви проходят не службы, а концерты классической венецианской музыки.