La costruzione ebbe inizio intorno agli anni 1630, quando i Duchi Boncompagni trasferirono la Parrocchia dal Parco ai piedi del Castello.
L’impianto, a croce latina con crociera sormontata da cupola, è di stile barocco. L’architetto che l’ha progettata e realizzata sembra essere stato un certo Rotari, di origine lombarda, ma molto vicino nell’impostazione architettonica e nella realizzazione ai modi del Bernini con alcuni richiami del Borromini.
La facciata della Chiesa è un rifacimento ottocentesco che ha visto riadoperare tutta la parte architettonica in pietra della soppressa chiesa conventuale di S. Maria della Forme dei Padri Carmelitani, sita fino all’epoca napoleonica nella parte superiore della città, trasformata in Cartotecnica ora in disuso.
Le due statue dei Santi Pietro e Paolo sono opera dell’artista arpinate Ranaldi e furono realizzate nel 1960, mentre il portone di bronzo, dello stesso autore, messo in opera due anni più tardi, raffigura nelle formelle scene della vita di S. Lorenzo e simboli sacri.
A destra della vetrata una meridiana della ditta Trebino di Uscio (GE) porta una scritta in latino sulla fugacità del tempo e la triangolazione astronomica centrata sul 10 Agosto, dies natalis del Santo protettore della città.
All’interno sono da ammirare in primo luogo i due grandiosi altari della crociera, che imitano in qualche modo quello realizzato dal Bernini nella Chiesa parrocchiale di Castelgandolfo. Dai fregi che arricchiscono la grandiosità dei due altari si rileva, attraverso il simbolismo, la loro fondazione e origine da parte dei Boncompagni: l’aquila con il dragone dalla coda resecata, nell’altare del SS. Sacramento, simbolo dei Boncompagni e l’aquila con il leopardo, nell’altare del Rosario, simbolo dei Santafiora, da cui discendeva la consorte del primo Duca, Giacomo.
Lungo la navata centrale sono erette sei cappelle, alcune delle quali ammirevoli per gli stucchi seicenteschi e settecenteschi. Degna di nota la piccola e preziosa cappella della Patrona del paese, la Madonna di Loreto, realizzata nel Settecento e restaurata e abbellita nel 1988.