La sua costruzione iniziò nel 1630 ad opera dei duchi Boncompagni, che la edificarono a proprie spese. La chiesa ha due torri, una che serve da campanile, l’altra da orologio. Presenta una pianta a croce latina, con crociera sormontata da una cupola costituita da quattro grosse vele che convergono in alto a sostenere un cupolino dalle vetrate azzurre. Nella vela centrale un affresco raffigura la Madonna di Loreto, patrona della città, e la sua casa portata in volo dagli angeli.
Il grande affresco, raffigurante il martirio di san Lorenzo, che campeggia nell’abside, è opera dell’artista Aurelio Marini di Velletri. Le nicchie laterali sono state coperte da due tele del Ranaldi e raffigurano l’una san Giovenale, l’altra san Bartolomeo.
A sinistra dell’altare si trova la cappella della Madonna di Loreto, fatta edificare dai Boncompagni nel 1761, dove è custodita la piccola statuetta lignea della patrona cittadina.
Del Ranaldi è anche il portale bronzeo che raffigura in altorilievo il martirio di San Lorenzo.