La basilica fu fondata nel 393 nei pressi del fiume Mugnone, su un altura donata da Giuliana, una nobildonna di origine ebraica. Fu consacrata come cattedrale alla presenza di sant Ambrogio e san ZENOBI e dedicata al martire Lorenzo. Della basilica primitiva non resta pressochè nulla. In uno degli scavi avvenuti tra il 1912-1913 si sono rinvenuti resti di abitazione e botteghe costruite a ridosso della chiesa, e abbattuti per rendere possibile l ampliamento dell edificio.
La basilica dopo un lungo periodo di abbandono ritrovò un periodo di splendore sotto la famiglia de medici che decise di sponsorizzare la sua ristrutturazione ed ampliamento per manifestare la loro potenza economica in tutta Firenze. I primi passi procedettero a rilento, poi però sotto Cosimo I il vecchio il progetto fu definitivamente ultimato grazie alla presenza di grandi architetti dell epoca del calibro di Brunelleschi, Michelozzo ( subentrato dopo la morte di Brunelleschi) e Antonio Manetti che concluse l opera. Dopo la morte di Cosimo I la basilica funse da li in avanti come mausoleo della famiglia de medici.
Il complesso è composto dalla basilica, dai chiostri, dalla sacrestia vecchia, dalla sacrestia nuova, dalla cripta, dalle cappelle medicee ed infine dalla biblioteca laurenziana. La chiesa è divisa in tre navate ed ogni navata è composta da arcate a tutto sesto, tutto questo è inoltre avvolto da vari dipinti e colori che creano un atmosfera suggestiva.
La sacrestia vecchia, realizzata dal Brunelleschi tra il 1442 e il 1428 è uno dei primi progetti dell artista, in cui la sua visione architettonica si concretizza pienamente nei volumi geometrici divisi da precisi rapporti proporzionali. Infatti la sacrestia è composta da una vano cubico su cui poggia una sfera divisa in 12 spicchi. Alla sommità della cupola è dipinto un planetario che riproduce fedelmente i cieli di Firenze nel 1442. Per entrare nella sacrestia vecchia c è bisogno di attraversare la cripta dove riposano i grandi duchi della toscana. Sulla destra della cripta si trova la scala che conduce alla vera sacrestia. All interno della nitida architettura brunelleschiana si possono intravedere una serie di dipinti realizzati da Donatello a più riprese tra il 1428 e il 14443
Pensata già da papa Leone X come un mausoleo della famiglia medici, la sagrestia nuova è stata effettivamente iniziata solo nel 1520 da papa Clemente VII. La costruzione fu affidata a Michelangelo Buonarroti, al quale fu assegnato anche il compito di disegnare la facciata marmorea della Basilica di San Lorenzo, ma questa è un altra storia. Vi si accede attraverso uno stretto corridoio in cui sono presenti due possenti sculture, opera di un allievo del Buonarroti. Si entra nella sacrestia e fin da subito si vedono le due imponenti tombe: Giuliano duca di Nemours, riposa sotto due statue che sono la raffigurazioni del giorno e della notte mentre Lorenzo duca di Urbino è accompagnato nel suo lungo sonno dalle raffigurazioni dell Aurora e dal Crepuscolo.
La cappella dei principi fu concepita da Cosimo I, ma realizzata solo dal granduca Ferdinando I nel 1602. Scopo dell opera: l autocelebrazione della famiglia dei Medici. I granduchi vollero che le pareti del mausoleo fossero rivestite con materiali preziosi quali marmi e graniti policromi, alabastri, lapislazzuli, e perfino coralli e madreperle. Solo con l ultima erede della casata de Medici, Anna Maria Luisa l opera fu completata consegnando alla storia l ultima grande opera del mecenatismo mediceo
Secondo la volontà di Papa Leone X, figlio di Lorenzo il Magnifico, la facciata della basilica sarebbe dovuta essere degnamente completata da un paramento marmoreo e per tale scopo, nel 1518 incaricò il Buonarroti per la realizzazione di tale opera. I disegni, a noi pervenuti, ci danno l idea della grandezza del progetto michelangelesco che però non venne mai realizzato
Parte integrante del complesso sono i chiostri. L aspetto del chiostro principale è opera del Manetti, allievo del Brunelleschi, che ristrutturò il precedente edificio rispettando i disegni del Michelozzo, architetto di fiducia di Cosimo il Vecchio Il loggiato inferiore, più Alto e arioso, presenta arcate a tutto sesto, mentre quello superiore e architravato. Il chiostro più piccolo risale probabilmente alla fine del trecento e conserva intatti i caratteri prebrunelleschiani
La biblioteca medicea laurenziana, voluta da papa Clemente VII de Medici, fu progettata da Michelangelo che diresse i lavori personalmente tra il 1523 e il 1534. La Biblioteca fu terminata da Giorgio Vasari e da Ammannati che seguirono nel dettaglio il disegno del loro illustre maestro. Il vestibolo (il vano di accesso) è dominato dalla grande scalinata in pietra serena realizzata dall Ammanniti seguendo il modello di Michelangelo che però l aveva pensata in legno di noce. In cima alla scalinata, un grande portale introduce al vasto salone di lettura. Qui tutto è originale dal soffitto in legno intagliato dal Tasso, sempre sulla base dei disegni michelangioleschi, alle splendide vetrate del Vasari recanti gli stemmi medicei e il bellissimo pavimento in cotto rosso e bianco disegnato da Niccolò Tribolo, allievo del Buonarroti. Gli stessi banchi lignei, detti plutei, che corrono in due file parallele, furono opera del maestro, che volle attribuire loro una duplice funzione: leggio e custodia. I codici venivano infatti conservati orizzontalmente nei ripiani inferiori ed erano liberamente consultabili, ma assicurati al banco da catene. I preziosi manoscritti di letterati greci e latini testimoniano l interesse della corte medicea per gli autori classici.