Fundado en 1945, bajo la denominación de S.D. Armentia y Corres que fue sustituida en 1948 por la denominación de Club Deportivo Vitoria.

El Vitoria vivió sus años dorados entre las temporadas 1955-56 y 1962-63, al disputar 6 temporadas en Tercera División, llegando a disputar un play-off de ascenso a 2ª División y coincidiendo con el principal equipo de la ciudad, el Deportivo Alavés, dando lugar a choques de gran rivalidad.​ Además, en esa época contaba con gran cantidad de secciones, tales como: atletismo, gimnasia, balonmano o baloncesto... y un filial, el C.D. Vitoria Txiki

Tras la pérdida de la categoría y no sería hasta la temporada 2006-2007 cuando se volvió a la Tercera División, donde solo pudo permanecer un año al terminar como colista del grupo. Coincidiendo con el ascenso se resucita el C.D. Vitoria B, que desaparece tras disputar una temporada en la Primera Regional.

En la temporada 2010/2011, el Vitoria se convierte en el único equipo que no pierde un solo partido en todas las categorías del fútbol nacional​ y consigue un nuevo ascenso a Tercera División. Pese a todo, pierde la categoría la temporada siguiente.

Tras tres temporadas en la Regional Preferente, de la mano de Joseba Pérez, el equipo vitoriano consigue el ascenso a la Tercera División. Además en el año 2015 el conjunto rojillo recibió, junto con otros 9 equipos amateur de Álava la Medalla de Oro de manos del diputado general Javier de Andrés como premio al tesón y esfuerzo de las personas que han trabajado en estos clubes durante más de cinco décadas.​

Confirmado su ascenso a 3ª, en junio de 2015, el club rojillo llega a un acuerdo con la S.D. Eibar para convertirse en el filial del conjunto armero​ hasta junio de 2016, existiendo la posibilidad de prorrogar el contrato anualmente. Así la S.D. Eibar cubre la necesidad de contar con un filial tras la desaparición de la S.D. Eibar "B" hace 3 años, mientras el equipo vitoriano consigue una fuente de ingresos importante y la posibilidad de contar con un equipo competitivo con jóvenes promesas, aunque el equipo seguirá jugando en Vitoria con los colores originales del equipo y contará con un mínimo de jugadores locales.

En la temporada 2016-17 el equipo consiguió su primer ascenso a 2ªB tras clasificarse para el play-off de ascenso al finalizar en 2ª posición y eliminar al CD Azuaga extremeño (0-0, pasó en los penalties con una gran actuación de Markel Areitio),​ al C.At. Cirbonero navarro (5-0),​ y al At. Astorga F.C. leonés (2-2, por el valor doble de los goles marcados como visitante).​ Durante la celebración de los play-off se informó de la absorción del C.D. Torpedo-ZuriBeltz (Regional Preferente de Álava), siendo su entrenador el ex-jugador del club Sergio Santano.

Para la temporada 2017-18 se produjo un cambio en el banquillo, tras la marcha de Arkaitz Lakanbra a la secretaria técnica de la S.D. Eibar, con la llegada del ex-técnico de la S.D. Leioa, Igor Gordobil.