La basilica di San Lorenzo in Lucina sorse nel IV secolo, secondo la tradizione, sulla residenza dell'omonima matrona romana. La domus fu consacrata a luogo di culto ufficiale nell'anno 440 da papa Sisto III, per essere poi ricostruita sotto papa Pasquale II fino al completamento nel 1130. Verso la metà del XVII secolo, l'interno fu completamente trasformato da Cosimo Fanzago, che trasformò la chiesa a navata unica e ridusse le navate laterali a cappelle, divenute poi gentilizie e concesse a varie famiglie. Un ulteriore restauro fu condotto nella seconda metà del XIX secolo, durante il quale furono rimosse, per ordine di Pio IX, le decorazioni barocche della navata e sostituite dagli affreschi di Roberto Bompiani che si vedono tuttora (2012); fu risparmiato soltanto il pulpito che rimase in loco.
Tra le cappelle laterali si segnalano il settecentesco battistero, opera di Giuseppe Sardi, e la cappella Fonseca, disegnata da Gian Lorenzo Bernini, con il busto marmoreo del committente, opera dello stesso Bernini. Nella cappella di San Francesco si possono ammirare alcune tele del caravaggesco francese Simon Vouet. Una pala d'altare con San Francesco Caracciolo che adora il Santissimo Sacramento è opera del pittore tardo barocco Ludovico Stern. Sull'altare maggiore, di Carlo Rainaldi (1675), è posta la "Crocifissione" di Guido Reni.
Diverse campagne di scavo sono state condotte sotto la basilica tra il 1982 e il 2000. Le indagini hanno riportato alla luce: sotto un ambiente esterno alla navata attuale, detto oggi "sala dei canonici", i resti della vasca circolare di un battistero paleocristiano, in un ambiente che comprendeva anche una vasca quadrangolare più piccola, la cui destinazione non è chiara; sotto la navata, il cui pavimento fu rialzato nel 1598, i muri di sostegno poggiano sul pavimento di un edificio di II secolo, convertito verso il IV secolo in un'insula di cui si riconosce una scala che sale al piano superiore; l'ipotesi è che qui sorgesse la proprietà di una matrona Lucina che mise a disposizione della comunità cristiana lo spazio di culto (da cui il titulus Lucinae). Ne restano, oltre alle murature, un pavimento in mosaico bianco e nero e tracce di intonaco dipinto. Gli ambienti sotterranei sono oggi in parte visitabili.
