L´actuelle église de Saint Lorenzo n'a pratiquement plus rien à voir avec l'ancien ermitage médiéval, l’église gothique aux trois nefs qui la remplaça ou les reconstructions baroques postérieures. Au XX siècle, dans les années quatre-vingt, elle fut démolie et on y construisit un immeuble avec au rez - de -chaussé un nouveau temple. De l´antérieur, on a conservé sa porte et la tour carrée.

Une partie de son riche patrimoine peut se voir à l´intérieur du temple et dans sa sacristie. Parmi les pièces, des sculptures de Gregorio Fernández du groupe de la Sagrada Familia ou de la Vierge de las Candelas, la peinture du Christ Gisant de Mateo Cerezo ou l´image de la Vierge de Saint Lorenzo, œuvre anonyme du XIV siècle et la sainte patronne de la ville.

Sa dévotion date de l´époque de la Reconquête, selon la légende vers 1091, un religieux venant de Consuegra (Toledo) arriva à Valladolid, il fuyait avec une mule et une image de la Vierge avec son Enfant qu'il cacha dans une grotte au bord du fleuve Pisuerga. En 1125 un berger la découvre près de la porte de la muraille nommée Aguadores, c´est pour cela qu'au début, elle était connu comme la Vierge des Aguadores. À la moitié du XII siècle, on l'emmène à l'ermitage de Saint Lorenzo et là sa réputation de miraculeuse ne cessa de grandir. En 1485 l´échevin Pedro Niño décide de construire une église plus grande et depuis elle est connue comme la Vierge de San Lorenzo.

En 1781, la Confrérie de Notre Dame de San Lorenzo se fonde et elle lui rend hommage et sort en procession avec la Vierge le jour de sa fête. Dans la nouvelle paroisse de Saint Lorenzo, l'image de la Vierge a pris la place du titulaire du temple, et on la vénère comme la protectrice de la ville, dont elle fut proclamée patronne en 1916, couronnée canoniquement en 1917 et proclamée Maire Honoraire de Valladolid, c'est pour cela qu´elle porte le sceptre et le collier de la ville.

En 2003, on récupère la procession le jour de sa fête, au moment des Foires et Fêtes de la Vierge de Saint Lorenzo, à ne pas perdre son entrée au temple sur un spectaculaire tapis de sable de couleurs et de fleurs.