L’edificio, documentato dalla seconda metà del XIII secolo, era un tempo dedicato a San Pancrazio. L’importanza della chiesa in età medievale è confermata dal fatto che essa diede il nome ad una delle tre porte del vicino Castello di Castro, fondato dai Pisani attorno al 1215, e alla sovrastante torre che dal primo Trecento svetta sulla città cresciuta attorno all’insediamento medievale. A partire dalla fine del XVI secolo, il luogo di culto visse un lungo periodo di rinnovamento. La venerazione per la Madonna del Buen Camino determinò l’accostamento della dedica alla Vergine a quella originaria al martire Pancrazio e nel Settecento, in età sabauda, venne intitolata al martire Lorenzo, odierno contitolare dell’aula. La fabbrica romanica, realizzata in conci calcarei, presenta la caratteristica pianta a due navate divise da arcate su colonne e volte a botte con sottarchi, tutti elementi tipici delle architetture medievali dei monaci vittorini di Marsiglia risalenti al primo quarto del XII secolo. Tra il Seicento e il Settecento si cercò di omologare l’edificio allo schema planimetrico che prevedeva una sola navata e cappelle laterali, largamente diffuso dopo il Concilio di Trento. Nel settecento venne demolita l’antica facciata, della quale restano i conci d’imposta del campanile a vela, e costruita l’attuale con l’atrio porticato, vennero aperte le cappelle laterali ed eliminate le due absidi semicircolari.
