La basilica viene eretta tra la fine del IV e l'inizio del V secolo. La datazione esatta è dubbia, come lo sono il committente e le circostanze della sua fondazione. Ciò che è certo è che alla sua costruzione, era il più grande edificio a pianta centrale dell'Occidente. La dedica a San Lorenzo martire è attestata solo dal 590, quando Milano è già sotto dominio longobardo. L'XI e XII secolo sono segnati da numerose calamità che minarono la stabilità del complesso, al punto da rendere necessari nuovi restauri tra il XII e XIII secolo. Nei tratti essenziali è una chiesa del tardo Cinquecento.