La cattedrale risale nel suo aspetto attuale alla metà del XVII secolo, quando fu completamente rinnovata dalle fondamenta per opera del cardinale Giulio Roma, Vescovo della Diocesi di Tivoli. La Chiesa, secondo la tradizione, sorse già in epoca costantiniana sulle rovine dell’antico foro tiburtino di età romana e venne consacrata al culto del martire Lorenzo. La prima menzione certa dell’edificio risale, tuttavia, al IX secolo quando lo troviamo citato nel Liber Pontificalis nella vita di Papa Leone III (791-816). Per tutto il Medioevo la chiesa si arricchì di opere di alto valore artistico e storico, quali il gruppo ligneo della deposizione e il Trittico del Salvatore. Ambedue le opere risalgono alla fine del XII secolo o alla prima metà del XIII. Soprattutto la Deposizione rappresenta un capolavoro attribuibile a un atelier di arte benedettina, forse di origine straniera, operante in questa zona. Tra le altre opere troviamo quadri del Grimaldi, del Manenti, Labruzzi e altri autori. L’abside medioevale è ancora visibile dietro l’altare maggiore.
