Pilaitės dvaras įkurtas XVI amžiuje, kai Pilaitė atiteko Viršilų giminei. 1827 m. Pilaitę nupirko Vilniaus universitetas. Universiteto žemės ūkio katedros vedėjo Mykolo Očapovskio prašymu čia buvo įsteigtas pavyzdinis ūkis, ir pirmoji Lietuvoje agronomijos mokykla. Yra žinoma, kad valdant Fričinskiui, apie 1865 m. dvarui priklausė 57 gyventojai (1 pravoslavas, 48 katalikai ir 8 žydai). Nuo 1880 m. iki pirmojo pasaulinio karo buvusį dvarą valdė Vilniaus turtuolis Pimenovas. Nėra žinoma, kas Pilaitėje šeimininkavo lenkų laikais.
Po Antrojo pasaulinio karo čia buvo įsteigtas žemės ūkio technikumo mokomasis ūkis. Dvare gyveno iš Radvilų giminės kilusi grafienė Olimpija Mostovska, kuri parašė legendą apie Pilaitę, kuri vadinasi „Pilaitės vaiduoklis“. Dabar dvare yra išlikęs didelis vandens malūnas, oficina ir kiti pastatai. Šalia stūkso Pilaitės piliakalnis.