Gruntowne reformy sejmu zostały przeprowadzone między 1564 a 1566 r., tuż przed unią lubelską. Według II Statutu Litewskiego sejm nabył pełne uprawnienia legislacyjne. Statut wprowadzał graniczenia władzy hospodara wzorowane na polskich. Wielki książę nie mógł odtąd bez zgody sejmu litewskiego wypowiadać wojny ani zawierać pokoju, nakładać podatków i stanowić prawa. Władca zobowiązywał się przestrzegać wolności i praw posiadanych przez wszystkie stany.
Sejm Wielkiego Księstwa Litewskiego składał się z dwóch izb: wyższej, zwanej senatem, będącej kontynuacją i niższej, składającej się z przedstawicieli szlachty poszczególnych powiatów, na które Litwa została podzielona. Z każdego z 28 powiatów wybierano 2 przedstawicieli, podobnie jak do izby poselskiej w polskim sejmie.
Po utworzeniu wspólnego sejmu Rzeczypospolitej w 1569 nadal aż do rozbiorów odbywały się zjazdy stanów litewskich pod nazwą konwokacji wileńskiej lub zjazdu głównego stanów Wielkiego Księstwa Litewskiego. Konwokacje wileńskie funkcjonowały analogicznie do poprzedniego sejmu litewskiego – uczestniczyli w nich senatorowie i posłowie wybierani po dwóch na poszczególnych sejmikach powiatowych.