ประวัติทางสถาปัตยกรรมของบาซิลิกาซานโลเร็นโซเป็นประวัติที่ซับซ้อน แม้ว่าจะสร้างภายใต้การควบคุมของฟีลิปโป บรูเนลเลสกีตามแบบที่เขียนโดยบรูเนลเลสกีเอง แต่ผลที่ออกมาไม่ใช้แบบที่เขียนไว้แต่เดิม การก่อสร้างเริ่มในปี ค.ศ. 1419 แต่งการขาดงบประมาณทำให้การก่อสร้างต้องล่าช้าลงและต้องมีการแก้ไขแบบที่ออกไว้เดิม เมื่อมาถึงต้นคริสต์ทศวรรษ 1440 ก็มีแต่สังฆทรัพยคูหา (sacristy) เท่านั้นที่ได้รับการก่อสร้าง (ปัจจุบันคือห้องเก็บสมบัติเก่า) นอกจากนั้นทางตระกูลเมดิชิก็ยังมิได้จ่ายเงินให้แก่วัด ในปี ค.ศ. 1442 ตระกูลเมดิชิจึงเข้ามาบริหารงบประมาณการก่อสร้าง ของมีค่า แต่บรูเนลเลสกีเสียชีวิตในปี ค.ศ. 1446 ความรับผิดชอบในการก่อสร้างจึงตกไปเป็นของไม่ก็อันโตนิโอ มาเนตติ (Antonio Manetti) หรือ มิเกลอโซ มิเกลอซิ ไม่เป็นที่ทราบแน่นอนโดยนักวิชาการ แม้ว่าตัวสิ่งก่อสร้างจะ “เสร็จ” ในปี ค.ศ. 1459 ทันกับโอกาสที่สมเด็จพระสันตะปาปาปิอุสที่ 2 เสด็จมาฟลอเรนซ์ แต่ชาเปลและช่องทางเดินข้างทางด้านขวายังคงสร้างกันอยู่จนถึงคริสต์ทศวรรษ 1470 และ 1480

เมื่อสร้างเสร็จผังการก่อสร้างและรายละเอียดต่างๆ ก็แตกต่างไปจากผังที่เขียนไว้โดยฟีลิปโป บรูเนลเลสกีไปเป็นอันมาก ความแตกต่างที่สำคัญคือบรูเนลเลสกีตั้งใจจะให้ชาเปลข้างลึกกว่าและคล้ายกับชาเปลในบริเวณแขนกางเขน (transept) ซึ่งเป็นบริเวณเดียวในตัวสิ่งก่อสร้างที่เชื่อกันว่าตรงตามแบบที่บรูเนลเลสกีออกไว้แต่เดิม[2]