Vier basilica's zijn in Rome gebouwd op het graf van een martelaar en liggen buiten de muren, fuori le mura. Christenen hielden zich wat dat betreft aan de Romeinse wet die bepaalde dat doden buiten de stad begraven moesten worden. De San Lorenzo fuori le Mura is een van die 'grafkerken' en een van de vele Laurentius-kerken in Rome, maar is wel de belangrijkste daaronder. De kerk behoort tot de Constantijnse basilica's, omdat het Liber Pontificalis vermeldt dat Constantijn op het graf van Laurentius een basilica gebouwd heeft. De huidige basiliek bestond oorspronkelijk uit twee basilieken die met de apsis tegen elkaar waren gebouwd.
Laurentiuskerk uit 330, herbouwd door Pelagius II (paus van 579-590) die een bijzondere voorliefde had voor Laurentius. Hij herbouwde de oude basilica letterlijk fundamenteel. Deze kerk werd opgekrikt omdat hij al half weggezakt was in het op een steenworp afstand gelegen kerkhof op het Campo dei Verani (een senatorenfamilie). De kerk heet daarom ook wel San Lorenzo al Verano.
Deze kerk had een matroneum (van Latijn matrona 'getrouwde vrouw'), een balkon of verhoogde galerij waar alleen vrouwen plaats konden nemen.
Heilige Maagdkerk uit 432-440, herbouwd tussen 772-795.
Honorius III (paus van 1216-1227) liet de beide apsissen afbreken en voegde de twee kerken samen. Op de plattegrond zijn door de 'knik' de twee vroegere kerken nog te onderscheiden.
Pietro Vassalletto (1154–1232) kreeg de opdracht een porticus aan de kerk toe te voegen. De voorgevel met drie getraliede vensters moest zo meer reliëf krijgen.
De fresco's tegen de lange zijde vertellen de verhalen van Laurentius (rechts) en Stefanus (links). De schilder is niet bekend. Beide heiligen komen vaker als duo voor in cycli. Volgens een tamelijk vermakelijke legende liggen zij namelijk samen in een graf.
Op 19 juli 1943 werd de kerk gebombardeerd en liepen vooral de mozaïeken en freco's veel schade op. Pius XII dreigde daarna dat hij zou gaan verblijven op potentiële doelwitten van de vijand. Meteen na de oorlog liet hij de kerk restaureren in de oude staat.
Portiek rechterwand - Laurentius
Bovenregister
Sixtus II beveelt Laurentius de rijkdom van de Kerk onder de armen te verdelen.
Laurentius wast de voeten van de armen in het huis van Narcissus.
Laurentius geneest een blinde vrouw.
Laurentius verdeelt de schatten van de Kerk onder de armen.
Sixtus II voorspelt het martelaarschap van Laurentius.
Valerianus beveelt Laurentius de rijkdom van de Kerk naar hem toe te brengen.
Middenregister
Laurentius geneest Cyriaca.
Laurentius wordt gegeseld in opdracht van Valerianus.
Laurentius doopt soldaat Romanus.
De keizer laat Romanus onthoofden.
De keizer beveelt de marteldood van Laurentius.
Laurentius wordt geroosterd op het rooster.
Onderregister
Hippolytus regelt de begrafenis van Laurentius (drie scènes).
Hippolytus begraaft Laurentius.
Hippolytus wisselt de vredesgroet uit met zijn huisbedienden.
Hippolytus ontvangt de communie.
Portiek linkerwand - Stefanus
Bovenregister
Stefanus preekt tot het volk.
Stefanus wordt gestenigd.
Stefanus wordt begraven.
Vinding van de relieken van Stefanus (twee scènes).
Relieken van Stefanus worden naar kerk van Sion in Jeruzalem gebracht.
Middenregister
Bidkapel voor de verering van de relieken van Stefanus.
Aankomst in Constantinopel.
Eudoxia, de dochter van keizer Theodosius, is bezeten van een demon en vraagt om aanraking van Stefanus' relieken.
Verzoek om de relieken van Stefanus te ruilen met die van Laurentius.
Onderregister
Transport van de relieken naar Rome.
Eudoxia raakt lichaam Stefanus aan en wordt genezen.
Grieken vallen dood neer bij een poging het lichaam van Laurentius te stelen.
Lichamen van Stefanus en Laurentius liggen samen in een tombe.