La chiesa odierna, inizialmente chiamata Cattedrale di San Lorenzo, risale ad un progetto del 1300 di Fra Bevignate. L’edificio presenta una complessa stratificazione di fasi costruttive: venne iniziato il 20 agosto 1345 come narrato dalle cronache dei Baglioni: “Adì 20 de agosto nel dicto millesimo se comenzó a fondare la chiesa nuova S. Lorenzo: ce fo lo vescovo con tutti gli chierci della cita con grande processione, et anco ce fuoro tutti gli nostri rectori; la qual fabrica fo concesso da papa Clemente VI de renovare la dieta chiesa, et per aiuto et in beneficio de essa concedette grande indulgenzia: soprastante de la dieta fabrica fu meser Giovanni da la Biscina e sor Nicolò de Armanno da Castiglione de Guli”. Ripresi i lavori nel 1437 la chiesa venne completata nel 1490.