De Vilsterse Molen dateert uit het jaar 1858, dat wil zeggen: de onderbouw. De bovenbouw, een achtkant, werd op 25 mei 1901 door brand grotendeels verwoest.
Nog hetzelfde jaar volgde herbouw, dit met onderdelen van de gesloopte molen te Lenthe, gem. Dalfsen. Die molen stond te koop nadat de eigenaar zijn schulden niet meer kon voldoen. Het Landgoed Vilsteren kocht direct, al in juni 1901, de molen aan. 
In de Lenthermolen, een achtkanter, waren indertijd ook onderdelen van een standerdmolen verwerkt, zoals het bovenwiel. Dat belangrijke onderdeel maakt 'Vilsteren' vandaag de dag nog zeer opmerkelijk: aan de zijde van de windpeluw zit nog altijd, uiteraard voor deze molen volstrekt onnut, de gang kammen voor de 'achtermolen'! 

Na 1945 raakte de molen buiten bedrijf en vanaf 1960 duidelijk en snel in verval. Een houten buitenroede brak aan één zijde af en de molen stond vervolgens nog jaren te verkommeren, de stelling kwam tijdens een storm in 1964 naar beneden en ook zakte de binnenroede langzaam door de askop heen.

In 1967 volgde een zeer grote uitwendige opknapbeurt: kap, roeden, staart en stelling werden grotendeels vernieuwd. Helaas was het originele binnenwerk toen al verdwenen en de molen van binnen volgebouwd met silo's. 

Op 4 september 1993 is de Stichting Vrienden van de Vilsterse Molen opgericht. Voornaamste doelstelling: het weer maalvaardig maken van de molen en deze de granen, geteeld in het Vechtdalgebied, te laten malen. In 1996 begon het werk en eind 1997 was dit, met dank aan diverse overheden, sponsoren en donateurs, gereed. Sindsdien wordt de molen geregeld in werking gesteld waarbij soms wordt gemalen. Voor het maalvaardig maken werd gebruik gemaakt van het gaandewerk van de in 1972 onttakelde (en in 1993 geheel verdwenen) korenmolen van Heeten. 

In juli 2017 werd een in 2015 gestoken roede verwijderd, vanwege de inmiddels ontstane problemen rond gedeelde roeden. Men kon aldus voorlopig met één roede verder. Een nieuwe roede, uit één stuk, is op 15 november 2018 gestoken.

Eind juni 2024 ging de kap, compleet met de nog opgehekte binnenroede, eraf (de andere roede had men uiteraard eerst verwijderd). Het herstel op de grond betreft in ieder geval de windpeluw (wordt nieuw) en het gehele rietdek op de kap.