L'antichissima basilica consacrata da Sant'Ambrogio nel 393 e originariamente fuori dalla prima cerchia delle mura, fu rinnovata nel secolo XI in forme romaniche.
     L'attuale costruzione fu progettata attorno al 1421 da Filippo Brunelleschi ed eretta per la massima parte a spese dei Medici che ne fecero la loro parrocchia.
     Brunelleschi mantenne la direzione dei lavori, con alcune interruzioni, fino al 1446, anno della sua morte, allorche intervenne il suo fedele allievo Antonio Manetti (1447 1460).

     Da una gradinata, realizzata nel 1912 - 1913 su un preesistente terrapieno, si accede al sagrato della chiesa su cui si erge la facciata, rimasta allo stato grezzo dopo che nel Cinquecento non fu realizzato il progetto approntato da Michelangelo per Leone X.
     Essa contrasta con la raffinata eleganza delle fiancate articolate in tre registri architettonici sovrapposti, sui quali si sviluppa il disegno degli archi ciechi, degli "occhi" e delle finestre; all'estremita' del lato destro si profila il transetto al quale si aggiunge la Sagrestia Nuova di Michelangelo con la cupola e la lanterna slanciata che si affianca a quella della Cappella dei Principi e al campanille eseguito da Ferdinando Ruggeri fra il 1740 e il 1741, che funge da cerniera tra la venerabile basilica e il mausoleo della famiglia Medici.

     L'interno a croce latina e diviso in tre navate da colonne con capitelli corinzi, gravati da pulvini di profilo classico sui quali si impostano eleganti arcate a tutto sesto; la decorazione degli elementi architettonici e opera di Antonio e Maso Rossellino e aiuti.

     La navata mediana ha il soffito a lacunari con rosoni, le laterali sono coperte da volte a padiglioni e in esse si aprono cappelle con fronte ad arcone e fondo piano separate da lesene in corrispondenza delle colonne, in un gioco prospettico che esprime in maniera assonometrica la lezione brunelleschiana.

     Nella facciata interna, eseguita da Michelangelo su incarico di Clemente VII, e la balconata per esporre al popolo le reliquie gia' contenute nei tre armadi retrostanti, trasferite poi nelle due piccole sagrestie ai lati della Cappella dei Principi.
     In fondo alla navata mediana, sotto gli archi di destra e di sinistra sono i due pulpiti bronzei, a foggia di arche, su colonne ioniche, opere tarde di Donatello (1463); non erano ancora ultimati nel 1466 alla morte del maestro e furono eseguiti in gran parte dagli allievi Bartolomeno Bellano e Bertoldo, in base ai modelli in cera del maestro.
     Montati provvisoriamente nel 1515 per la visita del Papa Leone X e nuovamente nel 1558 1565, furono completati tra il 1616 e il 1637 con pannelli e figure in legno bronzato e collocati al posto attuale.

     Fra le opere piu' importanti: nella navata destra, nella seconda cappella, le Nozze della Vergine (1523) del Rosso Fiorentino,
- sulla parete tra l'ultima cappella della navata destra e il transetto e stato collocato nel 1956 il raffinato ciborio di Desiderio da Settignano (c. 1461);
- la cupola della crociera fu affrescata nel 1742 da Vincenzo Meucci con la Gloria dei Santi fiorentini;
- ai piedi degli scalini, le tre grate circolari di bronzo, circondate da stemmi medicei entro specchi di marmi policromi, corrispondono alla tomba di Cosimo il Vecchio, nella sottostante cripta.

     Sul ricco altare di Gaspare Maria Paoletti (1787), adorno di pannelli figurati e riquadri di pietre dure, un Crocifisso di Baccio da Montelupo.

     Nel braccio sinistro clella crociera, nella prima cappella, la statua della Vergine col Bambino del secolo XVI, detta La ben tornata;
- di fronte, nella cappella Martelli, a destra il monumento a Donatello (1896) (sepolto nel sotterraneo);
sull'altare L'Annunciazione e due Angeli di Filippo Lippi.
- Nella navata sinistra il grande affresco di Agnolo Bronzino con il Martirio di San Lorenzo (1565 1569);
- sopra il portale seguente, la cantoria marmorea su disegno attribuito a Donatello.

     Dal transetto sinistro si accede alla Sagrestia Vecchia, connessa strettamente al progetto brunelleschiano per la basilica (1420-29), originale espressione della nuova architettura rinascimentale basata su forme geometriche perfette, scandite da membrature classicheggianti in pietra serena in rapporti proporzionali, e sulla prospettiva lineare.

     La decorazione dovuta a Donatello consiste in quattro medaglioni di stucco policromo, inclusi nei pennacchi della cupola e raffiguranti Storie della Vita di San Giovanni e quattro tondi in terracotta policroma al sommo dei lunettoni con gli Evangelisti.
Sempre di Donatello sono i battenti bronzei e l'architettura delle due porte: la porta di destra e' detta "dei Martiri" presenta, in dieci riquadri, coppie di Santi; quella di sinistra detta "degli Apostoli" ha pure venti figure.
Sopra le porte, due bassorilievi centinati in terracotta dipinta con le figure: a destra i Santi Cosma e Damiano, a sinistra i Santi Lorenzo e Stefano.
Le transenne marmoree a traforo dell'abside e l'altare sono su disegno di Donatello.
All'altare: Madonna col Bambino, San Lorenzo e una Santa Martire, trittico della scuola di Taddeo Gaddi;
- nella cupoletta, i segni dello Zodiaco in affresco.

     La porta a sinistra immette in un piccolo ricetto, in cui e' un lavabo in marmo di complessa composizione ispirato a motivi classici, recentemente restaurato e attribuito a Donatello.
- Nella parete di sinistra, il monumento funebre di Pietro e Giovanni de' Medici (figli di Cosimo il Vecchio) a forma di arcosolio, opera di Andrea del Verrocchio (1472).
Nel mezzo della sagrestia, sotto grande tavola marmorea, e' il sarcofago di Giovanni di Bicci de' Medici e di Piccarda Bueri (genitori di Cosimo il Vecchio) dovuto a Andrea Cavalcanti (1434). Attorno alle pareti, banchi ed armadi intarsiati; sopra un banco, San Lorenzo (o San Leonardo), busto in terracotta attribuito a Donatello o a Desiderio da Settignano.

     Dalla piazza San Lorenzo, a sinistra della facciata della chiesa oppure dall'interno di questa si accede al Chiostro di San Lorenzo, nello stile del Brunelleschi (1475), ad arcate su colonne con capitelli ionici e loggiato superiore con colonne piti esili, gravato direttamente dalla copertura.

     In fondo al portico, di fronte all'ingresso,il monumento di Paolo Giovio (1483 - 1552) in abiti vescovili, di Francesco Sangallo.
Al centro dell'ala del chiostro, adiacente all'ingresso della chiesa, uno scalone porta ai vasti sotterranei a volta, attigui alla cripta, ristrutturati dopo l'alluvione e utilizzati periodicamente per mostre e iniziative culturali e parrocchiali.

     Dalla scala accanto si sale alla loggia dalla quale si apre la vista sul chiostro e verso il Duomo, sul fianco e il transetto della chiesa con l'esterno michelangiolesco della Biblioteca Laurenziana e la cupola della Cappella dei Principi.