Aquest castell era situat on ara hi ha el poble del mateix nom. Estigué vinculat primer als Cardona i més tard passà al monestir de Vallbona. L’esment més antic d’aquest castell és de l’any 1060, en què el vescomte Ramon Folc I de Cardona féu donació a Gombau Joan i a altres de la roca que anomenen de Sant (sic) Llorenç amb la seva quadra. L’any 1076 el vescomte Ramon Folc I de Cardona i la seva muller Ermessenda feren de nou donació de la roca de Sant (sic) Llorenç a Gombau Joan i a la seva muller. Són força nombroses les notícies sobre aquest castell. El 1124 Alexandra, filla de Pere de Puigverd, féu donació del que tenia al castell i al delme de Llorenç. El 1152 Pere, probablement castlà de Llorenç, encomanà a Bernat de Conill els castells de Maldanell, Llorenç i Sant Martí. El castell de Llorenç li encomanava amb la meitat dels esplets, delmes, usatges i dominicatures que hi tenia. El monestir de Santa Maria de Vallbona adquirí progressivament drets dins el terme de Llorenç fins a esdevenir-ne senyor al final del segle XII. N’hi ha diferents referències. El 1191 Guillem I de Cardona féu donació a l’abadessa Ermessenda del castell, terme i jurisdicció de Llorenç; el 1192 l’abadessa comprà a Pere d’Aguda els drets que tenia sobre el castell i el terme de Llorenç per 130 morabatins; el 1193 hi ha una nova donació per part de Guillem I de Cardona dels drets que retenia al castell de Llorenç i a la quadra de Maldà. En aquesta mateixa època hi ha notícies que poden resultar contradictòries amb les anteriors, com el fet que el 1192 Ponç de Montpalau i Ramon Gombau, germans, compressin a Ermessenda la tercera part del castell de Llorenç, o que el mateix any Ramon d’Aiguaviva i altres venguessin al rei Alfons I la tercera part del castell de Llorenç.
El 1380 Pere el Cerimoniós vengué al monestir la jurisdicció plena del lloc. Llorenç formà part de la baronia de Vallbona fins al segle XIX. En l’actualitat no hi ha vestigis del castell al poble de Llorenç de Vallbona.