Vaimõisa mõisat (saksa k Waddemois) on esmamainitud 1494. aastal, mil ta kuulus Hans Farensbachile (Varnsbekele). Mõis asutati arvatavasti millalgi 14.-15. sajandil, kuigi ei ole välistatud, et ta oli olemas ka juba 13. sajandil. Mõis oli keskajal välja ehitatud arvatavasti kivist vasalli- ehk väikelinnusena.

Farensbachide kätte jäi mõis kuni 16.-17. sajandi vahetuseni, mil ta siirdus perekonnasidemete kaudu von Flemmingite omandusse. Põhjasõja järel 18. sajandi algul oli mõis panditud von Stackelbergidele. 1724. aastal ostis mõisa Karl Hermann von Wetter-Rosenthal. Nende aadliperekonna kätte jäi Vaimõisa seitsmeks kümnendiks, millle järel 1793. aastal omandasid mõisa von Nasackinid, kes alustasid 18. sajandi lõpul ka praeguse kahekorruselise peahoone ehitamist.

1797. aastal müüdi pooliku peahoonega mõis Carl Reinhodl von Baranoffile. 1802. aastal ostis mõisa Heinrich Nicolai von Wilcken, kelle suguvõsa kätte jäi mõis ligi sajaks aastaks. Von Wilckenite ajal 19. sajandi alguskümnenditel ehitati mõisasüda esinduslikult ka välja ehk siis jätkati 1790ndatel aastatel alustatud töid. Kahekorruseline lameda kelpkatusega peahoone valmis mõisas 1818. aastal. Stiili poolest võib hoonet liigitada pigem varaklassitsistlikuks kui klassitsistlikuks - alustati selle ehitamist ju siiski 1790ndatel aastatel. Esimesel korrusel kasutas hoone arvatavasti ära keskaegse vasallilinnuse müüriosi.

Peahoone fassaadi ilmestab kolme akna laiune eenduv keskrisaliit koos kolmnukfrontooni ning esimese korruse rusteeritud seinapindadega. Tagakülge liigendavad kahe akna laiused veidi eenduvad külgrisaliidid, mida kaunistavad samuti klassitsismile omased kolmnurkfrontoonid.

19. sajandi esikümnendeil püstitati mõisa ka hulk esinduslikke kivist kõrvalhooneid. Mitmed nendest hoonetest - ait, tall-tõllakuur, teenijatemaja jt - kujundasid peahoonega koos stiilse sümmeetrilise ansambli. Huvitav on märkida, et peahoonega nurgi paiknenud ait ja tall-tõllakuur ei ümbritsenud mitte peahoone esist väljakut (nagu enamikes Eesti mõisates tavaks), vaid peahoone taga asuvat väljakut.

Mõisasüdamel oli kaks sissesõiduteed. Peahoone esiselt väljakult suundus ajaloolisele Tallinn-Pärnu maanteele 900 meetri pikkune noolsirge alleena kujundatud sihitee, mis suundus otse peahoone keskteljele. Sihitee lõpus, teisel pool ajaloolist Tallinn-Pärnu maanteed asus mõisale kuulunud maanteekõrts (kaasajal hävinud). Rootsi ajal on seda kõrtsihoonet kasutatud ka postijaamana, ta on olnud tuntud nii Vaimõisa kui ka Kangerma kõrtsi nime all. Teine sissesõidutee läks peahoone taga asuva väljaku kaudu aida ning tall-tõllakuuri vahelt otse nende hoonete taga kulgevale Lümandu-Russalu maanteele. Peahoonest ida pool (tema vasakpoolse otsa juures) on suur tiigiga park.

Kõrvalhoonetest kaunim on aga mõisasüdamest pool kilomeetrit läänes, Lümandule suunduva tee ääres paiknev neogooti stiilis magasiait. Oma välimuselt meenutab see väikest kirikut või kabelit. Sakraalhoone-laadset mõju võimendavad teravkaarportaal ning selle kohal paiknev kaunis petik-roosaken. Magasiaidast 150 meetrit lõuna poole, põllu sees asuva väheldase künka otsa püstitati hollandi stiilis tuulik. Mainimist väärib ka põhjapoolse sissesõidutee ääres olev neogooti stiilis sepikoda.

1890ndatel aastatel siirdus mõis perekonnasidemete kaudu von Knorrinigite kätte, kes 1899. aastal müüsid ta Alfred Reinhold Christian Schmidtile. 1916. aastal ostsid mõisa omakorda Johannes Kiver ja Peeter Shashulin. Nende kätte jäi mõis kuni 1919. aastal võõrandamiseni.

1920-30ndatel aastatel kuulus mõisasüda nii metsatööstur Jaan Kängsepale kui ka savitööstur Johannes Ohale. Teise maailmasõja järel kolis mõisa peahoonesse kool, mis tegutses seal kuni 1974. aastani. Praegu on mõisahoone eraomanduses ning seda on osaliselt restaureeritud, sh tehtud uus plekk-katus. Säilinud on ka mitmeid kõrvalhooneid, kuigi paljud neist varemetena.

Tallinn-Tartu maantee mõisa kohal (mõisast põhja ja kirde pool) on õgvendatud ajaloolisest teest ida pool kulgevale uuele trassile, mistõttu peahoonelt maanteele suundunud sirge sihitee viib kaasajal üsna vähekasutatavale ajaloolisele teelookele. Peahoonest paarsada meetrit põhja poole ajaloolise sihitee äärde on 20. sajandi teisel poolel püstitatud uuemaid tootmishooneid, mis lõhuvad suures osas ajaloolise sihitee mulje ja mõju. Kaasajal on peamine mõisasüdame juurdepääsutee Lümandu-Russalu maanteelt lähtuv kunagine lõunapoolne tee.

Ajaloolise jaotuse järgi Läänemaale Märjamaa kihelkonda kuulunud mõis jääb kaasajal Raplamaale Märjamaa valla territooriumile.