Aquesta església apareix esmentada per primera vegada en una relació de parròquies del bisbat de Vic de la segona meitat del segle XI. Confirma també que ja existia en aquest moment el fet que l’any 1076 el vescomte Ramon de Cardona fés donació a Gombau Joan i a altres de la roca anomenada Sancti Laurentii, amb la seva quadra, capellania i ferreria. Llorenç acabà formant part de la baronia de Vallbona.
El bisbe de Vic lliurà a l’arquebisbe Bernat Tort la parròquia de Llorenç entre els anys 1145 i 1154 i des d’aleshores ha pertangut a l’arquebisbat de Tarragona. L’església de Llorenç de Vallbona fou sufragània de la parròquia de Vallbona. L’actual temple té a la façana la data de 1593. És un edifici d’estil renaixentista.