La primera notícia d'una església de Sant Llorenç a la vall, diferenciant-se de la del Munt, és de l'any 1010. Un altre document de 1050 n'esmenta el cementiri, i pel 1087 s'anomena parròquia. Fins al segle XIII els territoris es van definint, amb l'aparició de la parròquia de Vallcàrcara, per exemple, i s'estableix un nucli habitat al voltant de l'església. La dependència de Sant Llorenç del Munt, tan present a l'edat mitjana, disminueix amb l'abandó del monestir al segle XV. A l'època moderna consten donacions d'altars i altres moviments que poden pressuposar canvis arquitectònics, però els grans canvis vindrien al segle XIX de la mà de mossèn Josep Miró, qui emprengué importants obres a l'església i també obres civils (com el pont de la Vila) i apostòliques. El 22 de juliol del 1936 membres de la FAI de Rubí i alguns llorençans entraren a l'església, la saquejaren i van estellar i cremar a la plaça l'orgue, l'altar i algunes imatges, Els arxius i les peces de valor es van salvaguardar amagant-los en diverses cases del poble, i mesos després es van fondre les campanes per a fer armamanent. L'edifici actual és força reformat als anys 40 i 50.
