Dzieje miasta sięgają starożytności. Pierwsza osada powstała między 11 a 7 wiekiem p.n.e. Obszar ten zamieszkiwali Euganejczycy, później (w III – II w. p.n.e.) Wenetowie. Kultura Wenetów wykazywała wpływy Etrusków i Greków. Byli oni sprzymierzeńcami Rzymu w walce przeciwko Galom. W późniejszym okresie ulegli romanizacji (latynizacji). W 49 p.n.e. mieszkańcy Vicetii lub Vincentii (nazwa miasta oznacza „zwycięstwo”) otrzymali obywatelstwo rzymskie. Miasto leżało przy ważnej drodze z Mediolanu do Akwilei, jednak pozostawało w cieniu Patavium (Padwy). Był tu teatr i akwedukt. Z tamtych czasów pozostały trzy mosty przez rzeki Bacchiglione i Retrone oraz pojedyncze łuki akweduktu obok Porta Santa Croce.
U schyłku cesarstwa zachodniorzymskiego miasto przeżywało najazdy Herulów, Wandalów, Wizygotów i Hunów. Ostrogoci zdobyli Vicenzę w 489. Później przeszła pod panowanie Bizancjum i wcielone do egzarchatu Rawenny. W VI w. (prawdopodobnie w 569) zdobyli je Longobardowie i włączyli do swego królestwa, w którym pozostawało aż do jego podboju przez Karola Wielkiego.
W 899 Vicenza została zniszczona przez Madziarów.
W 1001 cesarz Otton III przekazał władzę nad miastem biskupowi, ale wkrótce Vicenza osiągnęła niezależność. W 1167 przystąpiła do Ligi Lombardzkiej, walczącej z cesarzem Fryderykiem I. Po zawarciu pokoju Liga rozpadła się na zwalczające się frakcje.
W czasie walk reaktywowanej Ligi Lombardzkiej z cesarzem Fryderykiem II podesta Alberico da Romano (wybrany w 1230) raz był po stronie gwelfów a raz gibelinów, podobnie jak jego brat Ezzelino III da Romano z Treviso.
W latach 1311–1387 Vicenzą rządził ród Della Scala (Scaligeri) z Werony. Po przejściowych rządach Viscontich z Mediolanu, miasto w 1404 przeszło pod panowanie Wenecji (1404–1797).
W połowie XVI wieku Vicenza była kandydatką na siedzibę soboru, który ostatecznie odbył się w Trydencie.
Również w XVI w. tworzył w mieście i okolicy renesansowy architekt Andrea Palladio.
Po wojnach napoleońskich Vicenza wraz z Wenecją przypadła Austrii. W 1866 weszła w skład Królestwa Włoch.
W czasie I i II wojny światowej w rejonie Vicenzy toczyły się ciężkie walki. W latach 1944–1945 miasto było bombardowane. Zniszczone zostały m.in. dwa teatry. Zginęło 2000 osób.
Po wojnie, w czasie włoskiego „cudu gospodarczego” Vicenza stała się jednym z najbogatszych miast włoskich.
Od 1990 znajduje się tu filia Uniwersytetu Padewskiego – Instytut Inżynierii Zarządzania w Vicenza.
Historyczne centrum miasta zostało wpisane w 1994 r. na Listę światowego dziedzictwa UNESCO.
Zabytki sakralne
Budowle świeckie
Zabytki sakralne
Dzieła A. Palladia
Basilica Palladiana
Palazzo del Capitanio
Palazzo Chiericati
Palazzo Valmarana
Teatro olimpico
La Rotonda