Wawrzyniec był jednym z siedmiu diakonów Kościoła rzymskiego za czasów papieża Sykstusa II. Mimo że wiele osób sławiło jego bohaterską śmierć - m.in. św. Ambroży (+ 397), św. Augustyn (+ 430), św. Maksym z Turynu (+ ok. 467), św. Piotr Chryzolog (+ 450) i św. Leon Wielki (+ 461) - wiadomości historyczne o nim posiadamy bardzo skromne. Właściwie jedynym źródłem jest Liber Pontificalis (Księga Papieży), który śmierć Wawrzyńca wiąże bezpośrednio z męczeństwem papieża św. Sykstusa II, który zginął dnia 6 sierpnia 258 r. wraz ze swoimi czterema diakonami. Niektórzy pisarze współcześni w tym samym dniu i w tych samych okolicznościach sytuują męczeństwo Wawrzyńca. Temu jednak stanowczo sprzeciwia się powszechna i najdawniejsza tradycja rzymska. Jej wyrazem jest Passio, czyli opis męki wielkiego diakona.
Według niej Wawrzyniec miał być wyłączony z grupy skazanej na śmierć, która stanowiła orszak papieża. Wawrzyniec był bowiem administratorem majątku Kościoła w Rzymie. Miał równocześnie zleconą opiekę nad ubogimi. Namiestnik rzymski liczył, że namową i kuszącymi obietnicami, a w razie potrzeby katuszami, wymusi na nim oddanie całego majątku kościelnego w jego ręce. Wawrzyniec miał wówczas poprosić o kilka dni, aby mógł zebrać "skarby Kościoła" i pokazać je namiestnikowi. Kiedy nadszedł oznaczony dzień, diakon zgromadził wszystką biedotę Rzymu, którą wspierała gmina chrześcijańska. Miał przy tym wypowiedzieć słowa: "Oto są skarby Kościoła!" Zawiedziony tyran poddał go wyjątkowym katuszom. Walerian nakazał rozciągnąć go na żelaznych rusztach i wolno podgrzewać i piec żywcem w ogniu. Wawrzyniec miał się zdobyć jeszcze na słowa: "Widzisz, że ciało moje jest już dosyć przypieczone. Obróć je teraz na drugą stronę!" Św. Leon Wielki daje do tych słów piękny komentarz: "Jak silny musiał być ogień miłości Chrystusowej, skoro gasił on żar ognia naturalnego!".
Według wspomnianego opisu męki Wawrzyniec miał być przedtem biczowany knutami z drutu, potem wieszano go wyrywając członki ze stawów. W żywocie jest podany jeszcze jeden szczegół. Kiedy prowadzono papieża św. Sykstusa na śmierć z jego diakonami, chciał iść z nim także Wawrzyniec. Wymawiał mu nawet słodko: "Gdzie idziesz, Ojcze, bez syna? Jakże obejdziesz się bez swojego diakona? Nigdy nie odprawiałeś Eucharystii bez niego, czymże więc mogłem ściągnąć na siebie twoją niełaskę?" Na to św. Sykstus miał odpowiedzieć: "Dla mnie, steranego wiekiem, jest przygotowana mniejsza próba. Ciebie czekają wiele większe cierpienia, ale też i piękniejsza czeka cię korona". Niektórzy z krytyków są skłonni uznać ten dialog za późniejszy, dodany do opisu męczeństwa ku zbudowaniu wiernych.

Niezwykłe okoliczności męczeńskiej śmierci, poniesionej 10 sierpnia 258 r., rozbudziły w Kościele rzymskim niezwykły kult Wawrzyńca. Św. Augustyn pisze, że jak Jerozolima szczyci się św. Szczepanem, tak Rzym jest dumny ze św. Wawrzyńca. Największy zaś poeta starożytnego chrześcijaństwa, Prudencjusz (+ 440), w natchnionych strofach podaje, że bohaterska śmierć Wawrzyńca zadała cios bałwochwalstwu, które od tego czasu zaczęło chylić się ku upadkowi aż do ostatecznego zwycięstwa Chrystusowego Kościoła.
Ciało Męczennika pogrzebał św. Justyn, kapłan, w posesji św. Cyriaki. Co roku wierni tłumnie gromadzili się wokół jego grobu. Jego imię włączono do kanonu Mszy świętej i do Litanii do Wszystkich Świętych. Cesarz Konstantyn Wielki nad jego grobem w roku 330 wystawił bazylikę. Jeden z najdawniejszych zbiorów tekstów liturgicznych, zwany Sakramentarzem Leoniańskim, posiada kilkanaście różnych tekstów na uroczystość św. Wawrzyńca. Z Rzymu kult Męczennika rozszerzył się na cały Kościół. Niemcy przypisywali mu swoje zwycięstwo nad Madziarami w X w. Król hiszpański Filip II (+ 1598) ku czci św. Wawrzyńca wystawił w Escorial w pobliżu Madrytu na stokach gór Sierra de Guadarrama monumentalny zespół architektoniczny, obejmujący pałac królewski, klasztor augustianów i kościół - jako wotum za zwycięstwo odniesione nad Francuzami w bitwie pod Saint-Quentin 10 sierpnia 1557 r.
Wawrzyniec był w starożytności i średniowieczu jednym z najbardziej popularnych świętych. Już w pierwszej połowie IV stulecia na cmentarzu przy Via Tiburtina obchodzono święto męczennika Wawrzyńca. Doznawał on czci jako szczególny patron ubogich, piekarzy, kucharzy i bibliotekarzy. Wzywano go na pomoc w czasie pożarów i przeciw chorobom reumatycznym. Postać jego otoczono wieloma legendami. Jemu także przypisywano, że co piątek schodzi do czyśćca, aby wybawić stamtąd choć jedną duszę.

Kult Wawrzyńca wcześnie rozprzestrzenił się także na ziemie polskie. Jest patronem Hiszpanii i Norymbergi, diecezji pelplińskiej i Wodzisławia Śląskiego.

W ikonografii św. Wawrzyniec przedstawiany jest jako diakon w dalmatyce, czasami jako diakon ze stułą. Jego atrybutami są: księga, krata, palma, otwarta szafka, a w niej księgi Ewangelii, sakiewka, zwój.