También conocida como la Basílica Menor de San Lorenzo, fue diseñada por el arquitecto francés Felipe Bertres en 1845, modificada a un estilo neoclásico por el galés León Musnier y concluida en 1915 por el italiano Víctor Querezolo.
Fue construida enteramente de ladrillo y cal. En el altar principal, parte de la cubierta original fue tallada en plata en la Misión Jesuítica de San Pedro de Moxos, y tiene cuatro altos relieves esculpidos que fueron traídos también de la misma Misión.
Lleva el nombre de San Lorenzo de la Frontera en honor a él, como fue conocida desde entonces la ciudad de Santa Cruz luego de ser movida del lugar original de su fundación.