El rey Fernando III conquistó Sevilla el 23 de noviembre de 1248 dividiendo la ciudad en veinticuatro parroquias, quedando el sector Noroeste bajo el patronazgo del mártir español Lorenzo.
La iglesia laurentina no fue de las primeras construidas tras la toma de Sevilla, en época de Alfonso X ni tampoco de las transformadas tras el terremoto de 1356, sino que sería encuadrable en el periodo llamado del «grupo intermedio» de los originales templos mudéjares.
En efecto, el actual templo ya existía en la transición de los siglos XIII al XIV, pues en 1310 se adosó al Sur del ábside, desde la plaza mayor de San Lorenzo, la primera capilla que fundó Fernán González. Este espacio sacro se corresponde con la zona oriental de la actual capilla del Sagrario. Por entonces, o poco después, ya debió estar asentada en el muro meridional de los pies de la nave de la
Epístola la pintura mural de Nuestra Señora de Roca-Amador.


Con posterioridad se agregaron otras dos capillas mudéjares, con cúpula octogonal unidas a la nave del Evangelio a través de arcos apuntados, ocupando terrenos públicos al Norte en la entonces llamada plaza chica de San Lorenzo, hoy calle Hernán Cortés. Estos dos espacios sacros son las actuales capillas de la Soledad y del Cristo de las Fatigas.
Sabemos que en 1513 se contrató al entallador Juan Alemán para la ejecución de un sagrario para el altar mayor, y en 1519 al pintor Juan de Parediñas para la ejecución de un retablo con las imágenes de San Sebastián y San Blas.

El escultor flamenco Roque Balduque fue contratado en 1554 para esculpir una imagen de Nuestra Señora que se ha identificado con la Virgen de la Granada. Al año siguiente a Balduque se le encargó un tabernáculo y en 1558 el altar mayor. También se conoce que Hernando de Esturmio realizó en 1555 un «artesón» para «Nuestra Señora».
La gran transformación del templo debió suceder hacia 1575, al ampliarse el edificio de tres a cinco naves, al Norte y al Sur, ganando más espacio público a costa de las dos plazas, hecho que parece estar relacionado con la urbanización de la Alameda, pues las dos columnas que sostienen a Hércules y Julio César, salieron del arcaico templo de la calle Mármoles, al igual que, según Justino Matute, «otras cuatro columnas (que) se cortaron por la mitad, y son las de la iglesia parroquial de San Lorenzo». Estos ocho pilares cilíndricos de piedra, están documentados reiteradamente en los libros económicos de la parroquia, pues su policromía era renovada antes de la festividad del patrón el 10 de agosto.
Probablemente estas columnas se encuentran en el interior de los pilares que hoy se ven cuadrangulares, y debieron forrarse en la obra de 1876. La fecha apuntada de 1575 coincide con la época en la cual se adosaron más capillas a estas dos nuevas naves Norte y Sur, cuyos vanos de unión respecto a las mudéjares naves del Evangelio y de la Epístola, se ejecutaron con arcos de medio punto, y no como los primitivos arcos apuntados.
La primera de estas capillas adosada, desde la plaza chica a la nueva nave Norte, fue la de las Ánimas Benditas, que estaba construida en 1580, cuando su hermandad la compró a la parroquia. Igualmente, la cofradía adquirió la bóveda funeraria que discurre bajo esa nave Norte. La pintura de las Ánimas, que preside esta capilla está datada poco después, en 1587.
También se adosaron a la nueva nave Sur otras capillas, levantadas por diferentes patronos. Así sabemos cómo en los pies de esta nave ya estaba construida en 1592 la capilla de Alonso Fernández de Treviño que a principios del siglo XVIII a ser presidida por el Señor del Gran Poder. Justo al lado de esta capilla, donde hoy está la Inmaculada de Jacinto Pimentel, se estableció otro patronazgo por doña Elvira Marín, siendo su altar presidido por la Anunciación pintada en 1593 por Pedro de Villegas Marmolejo. Esta pintura se encuentra hoy en el muro meridional de la cabecera de la nave de la Epístola.
Este mismo artista había solicitado su propio enterramiento en un lugar libre a los pies de la nave del Evangelio, donando para tal efecto una pintura sobre piedra con la Sagrada Familia con San Juanito, sitio
donde fue enterrado el 19 de diciembre de 1596.
Con el cambio de siglo, la iglesia de San Lorenzo continuó transformándose, y así en 1609, a la pintura mural de Nuestra Señora de Roca-Amador se la dotó de capilla cerrada, rodeada con dos rejas bajas, siendo sus maestros de obra Pedro de Coronado y Esteban Sánchez Falconete, y su ceramista Alonso de Valladares.


Por entonces se configuró definitivamente el templo laurentino, pues se demolió el ábside poligonal mudéjar para levantar una nueva capilla mayor, según había proyectado en 1608 Diego López Bueno.
Al ser la dimensión de la planta cuadrada de la capilla de mayor profundidad que el ábside mudéjar, desapareció la calle trasera que unía la plaza mayor de San Lorenzo con la actual calle Hernán Cortés.
La obra de la capilla mayor terminó en 1616, siendo su arquitectura dirigida por Diego Gómez y luego por Andrés de Oviedo. En esta obra se incluyeron dos capillas colaterales con entrada desde el presbiterio. En la del lado de la Epístola se instituyó una capellanía por Diego Pérez de Porras y su mujer, quien encargó una pintura de la Concepción a Francisco Pacheco, que terminó en 1624, obra que encuentra hoy en la antigua capilla bautismal, en la zona Noroeste del templo.
La del lado del Evangelio era del patronato de Diego Herrera Arias y su mujer, siendo presidida por la Inmaculada obra de Jacinto Pimentel en 1630, retablo que se encuentra hoy junto a la capilla del Gran Poder. Si bien, nada más terminar la obra de la capilla mayor en 1616, se encargó a Diego López Bueno y Francisco Pacheco el sagrario que ocupa la parte central del primer cuerpo del altar mayor, la ejecución de este debió esperar hasta 1632 cuando se inició su labrado, según el diseño de Juan Martínez Montañés. La obra del retablo se demoró y se complicó por motivos económicos y otros, que provocaron que Montañés traspasara la culminación de la obra en 1645 a Felipe de Ribas. Tras fallecer este tres años después, se ocupó su hermano Francisco Dionisio de rematar el retablo mayor, que quedó terminado en 1652.
En la segunda mitad del siglo XVII se construyeron tres retablos barrocos por el ensamblador Fernando de Barahona. Realizó el que enmarca a la pintura de Ánimas en 1676, sufragado por su hermandad, y entre 1682 y 1689 los situados en la cabecera de las naves del Evangelio y de la Epístola, para el Crucificado del Amparo y la Virgen de la Granada, a costa de la parroquia.
Antes de finalizar el siglo, la Hermandad Sacramental recibió la donación, por parte de sus patronos, de dos capillas contiguas para unificarlas en una nueva. La obra de unión de ambos espacios se inició con la intervención del cantero Silvestre Jordán, y los maestros de obra Félix Romero Ojeda y su padre Pedro Romero González. Tras terminarse el retablo por Pedro Ruiz Paniagua, e iniciarse las pinturas murales por Francisco Pérez de Pineda, la fiesta de inauguración de la capilla tuvo lugar el 29 de julio de 1708.
Posteriormente se continuó con la labor de colocación del zócalo y solería de piedra que había labrado Fernando Jordán, y tras estar paralizadas las pinturas murales durante una década, estas se culminaron por la mano de Domingo Martínez y Gregorio de Espinal en junio de 1718.
Tras la llegada del Señor del Gran Poder el 26 de abril de 1703, y la cesión de la capilla por los hermanos Peragullano, sucesores Fernández de Treviño, se emprendió una obra, ampliándose el espacio con terreno público cedido por el cabildo hispalense, que tras culminarse fue bendecida el 10 de junio de 1716.
También se intervino por entonces en la capilla de Nuestra Señora de Roca-Amador, pintándose en 1718 la bóveda, los arcos, y en el muro occidental la escena de la Presentación de Jesús en el Templo. Entre 1750 y 1754 se labró el marco-retablo barroco que rodea a la Virgen de Roca-Amador.
En esta primera mitad del siglo XVIII comenzó a extenderse la devoción a la Divina Pastora,
colocándose primeramente un pequeño lienzo y luego una escultura, en la actual capilla de la Soledad.
A principios de 1731 fue contratado Bartolomé García de Santiago para labrar un retablo en la parroquia para albergar una imagen de «Nuestra Señora», por lo cual se ha planteado que esta fuera la Divina Pastora, pues por entonces era donada una nueva efigie según consta en un inventario parroquial.
En 1709 intervinieron en el espacio del coro y puerta ojival el maestro albañil Francisco José de Escacena y el cantero Fernando Jordán, asentándose una nueva sillería en 1713 obra del maestro carpintero Juan Leonardo. El órgano fue renovado entre 1782 y 1790 por los maestros Jorge Bosh y Juan de Bono.
El edificio parroquial no cambió ya sus límites perimetrales, salvo un alineamiento de la esquina de las calles Hernán Cortés y Eslava, tras la llegada de la Hermandad de la Soledad en 1868, que construyó sobre el llamado «corralejo» la sacristía y la sala alta de la antigua capilla de los Ávilas, donde desde 1732 había recibido culto la imagen de la Divina Pastora.
Una última gran reforma fue emprendida por el cura ecónomo Marcelo Spínola, hoy beato, obra llevada a cabo en 1876, que consistió principalmente en ocultar las ocho columnas cilíndricas dentro de pilares cuadrangulares, en retirar las dos rejas bajas de la capilla de Roca-Amador dejando el espacio exento, y asentar el actual suelo de mármol, procedente de la derribada parroquia de San Miguel.
En 1911, al implantarse en la capilla mayor el zócalo de azulejos, se retiraron dos altares neoclásicos, pasando uno de ellos a situarse junto a la capilla del Señor del Gran Poder, para albergar a la imagen de Nuestra Señora del Carmen, titular de su convento, que estuvo situado en la calle Baños, pasando la Anunciación de Villegas a su actual ubicación en la cabecera de la nave de la Epístola.
En 1968 tomó sede en la capilla del Gran Poder la Hermandad del Dulce Nombre, dejando luego en la iglesia su impronta los últimos párrocos, con el traslado de la pila bautismal a la cabecera de la nave de la Epístola y la reposición del retablo de la Inmaculada de Jacinto Pimentel ahora junto a la capilla del Gran Poder.