La primitiva basilica di San Lorenzo fuori le Mura risale al IV e fu realizzata per volere dell’Imperatore Costantino accanto alla tomba del martire Lorenzo, mentre proprio sopra di essa venne eretto un oratorio che sotto Papa Pelagio II venne sostituito da una nuova chiesa.
Quest’ultima fu sottoposta a interventi di ampliamento per volere di Papa Onorio III, che in sostanza consistettero nel prolungamento verso ovest, nell’abbattimento della vecchia abside, e nella trasformazione della vecchia basilica nell’area presbiteriale della nuova chiesa.
La nuova basilica ospita la tomba di san Lorenzo, arcidiacono della Chiesa di Roma, e le spoglie dei papi Ilario e Pio IX e Alcide De Gasperi.
Gli affreschi che decorano l’interno della basilica illustravano la vita di san Lorenzo e di santo Stefano, il primo martire cristiano, sepolto anch’egli sotto l'altare maggiore.
Gravemente colpita nel 1943, durante la seconda Guerra mondiale, la chiesa venne subito dopo ricostruita e restaurata.
Al 1957 risale la scoperta dei resti della basilica costantiniana, un edificio a circo, a tre navate separate da colonne.