La struttura gotica ha raccolto secoli di arte e memoria. Al centro del transetto si erge l'altare maggiore in marmo, opera rinascimentale di Giovanni Merliano da Nola. Al centro si trova San Lorenzo, il martire a cui la chiesa è dedicata, con San Francesco da un lato e Sant'Antonio dall'altro. Nella cappella della Madonna degli Angeli, gli affreschi datati 1333 e 1334 e attribuiti ad Antonio Cavarretto, seguace di Giotto, raccontano la vita della Vergine. Poi arriva il Barocco. Dal diciassettesimo secolo in poi la chiesa fu rimodellata, e lo si può vedere chiaramente sulla facciata interna e nella terza cappella a sinistra, con il suo arco a tutto sesto e i marmi colorati. La cappella Cacace fu rinnovata negli anni Quaranta del Seicento, con Cosimo Fanzago incaricato dei lavori, e quattro delle sue sculture sono opera di Andrea di Bolgi, scultore dello studio di Bernini a Roma. Nel Cappellone di Sant'Antonio si trovano due tele di Mattia Preti. La chiesa custodisce anche la memoria di molti napoletani illustri. Il filosofo e drammaturgo Giovanni Battista Della Porta ha il suo monumento sulla facciata interna. Giovanni Barrile, scrittore e amico del Petrarca, riposa nel deambulatorio, e il musicista Francesco Durante è sepolto nella cappella di Sant'Antonio nel transetto sinistro. Alcuni capolavori un tempo qui conservati, tra cui il dipinto di Simone Martini raffigurante San Ludovico di Tolosa che incorona il fratello Roberto d'Angiò, datato 1317, si trovano oggi nel museo di Capodimonte.