No ano 257 o imperador romano Valeriano ordenou uma perseguição contra os cristãos. No início parecia mais branda do que a imposta por Décio. Ela tinha mais uma conotação repressora, porque proibia as reuniões dos cristãos, fechava os acessos às catacumbas, exilava os bispos e exigia respeito aos ritos pagãos. Mas não obrigava a renegar a fé publicamente. Entretanto, no ano seguinte, Valeriano ordenou que os bispos e padres fossem todos mortos.

Lourenço, nesta ocasião, era o arcediácono, do Papa Xisto II, isto é, o primeiro dos sete diáconos a serviço da Igreja de Roma. Dados de sua vida, anterior a este período, nunca foram encontrados. Porém, devia ter uma boa formação acadêmica, pois, seu cargo era de muita responsabilidade e importância. Depois do Papa, era Lourenço o responsável pela Igreja. Isto quer dizer que ele era o assistente do Papa nas celebrações e na distribuição da Eucaristia. Mas além disto, era o único administrador dos bens da Igreja, cuidando das construções dos cemitérios, igrejas e da manutenção das obras assistenciais destinadas ao amparo dos pobres, órfãos, viúvas e doentes.

A partir deste decreto de Valeriano, os bispos começaram a ser executados e um dos primeiros foi Cipriano de Cartago, que morreu em 258. Logo em seguida foi a vez do Papa Xisto II ser executado, junto com os outros seis diáconos. Conta a tradição que Lourenço conseguiu conversar com o Papa Xisto II um pouco antes dele morrer. O Papa teria lhe pedido para que distribuísse aos pobres todos os seus pertences e os da Igreja também, pois temia que caíssem nas mãos dos pagãos. Mas na saída foi preso e levado à presença do governador romano, Cornélio Secularos, justamente para entregar todos os bens que a Igreja possuía. Lourenço pediu um prazo de três dias, pois, como confessou, a riqueza era grande e tinha que fazer o balanço completo. Obteve o consentimento.

Assim, rapidamente distribuiu tudo aos pobres e os livros e objetos sagrados, cuidou para que ficassem bem escondidos. Em seguida, reuniu um grupo de cegos, órfãos, mendigos, doentes e os colocou na frente de Cornélio, dizendo: “Pronto, eis aqui os tesouros da Igreja”. Irado, o governador mandou que o amarrassem sobre uma grelha, para ser assado vivo e lentamente. O suplício cruel não desviou Lourenço de sua fé. Segundo uma narrativa de Santo Ambrósio, Lourenço teria ainda encontrado disposição e muita coragem, para dizer ao seu carrasco: “Vira-me, que já estou bem assado desse lado”.

Lourenço morreu no dia 10 de agosto de 258, rezando pela cidade de Roma. Esta população se mostrou muito grata à São Lourenço, que pelo seu feito é chamado de “príncipe dos mártires”. Os romanos ergueram, ao longo do tempo, tantas igrejas em sua homenagem, que nem mesmo São Pedro e São Paulo, os padroeiros de Roma, possuem igual devoção.