Das Äußere – von majestätischem und vielschichtigem Erscheinungsbild
Die Seite zur Piazza IV Novembre zeigt die Schichtung der verschiedenen Bauphasen. Sie wirkt eher rustikal, da die Marmorverkleidung aus weißen und rosafarbenen Vierpässen, die sie ziert, nur bis zu einer gewissen Höhe ausgeführt wurde. An der linken Seite lehnt sich die Loggia an, die 1423 von Braccio Fortebraccio da Montone errichten ließ und einst mit seiner inzwischen nicht mehr existierenden Wohnstätte verbunden war.
Das Portal zur Piazza wurde 1529 von Galeazzo Alessi entworfen. Darüber befindet sich eine von Glas geschützte Nische mit einem hölzernen Kruzifix von Polidoro Ciburri, das nach der Exkommunikation der Stadt durch Papst Paul III. während des sogenannten Salzkriegs (1540) auf dem Vorplatz der Kathedrale aufgestellt wurde. An der Seitenwand sieht man zudem eine kleine Kanzel aus dem 15. Jahrhundert, die aus wiederverwendeten Materialien gefertigt wurde. Der Volksüberlieferung nach erinnert sie an den heiligen Bernhardin von Siena, der zwischen 1425 und 1427 mehrfach in der Stadt predigte. Ebenfalls an der Fassade befindet sich eine Nische, in der sich einst die Bronzestatue von Papst Paul II. befand, die in napoleonischer Zeit eingeschmolzen wurde. Bemerkenswert ist auch die Bronzestatue von Papst Julius III., ein Werk des 16. Jahrhunderts von Vincenzo Danti. Die Hauptfassade, weit weniger imposant als die zur Piazza IV Novembre gerichtete Seite, öffnet sich zur Piazza Danti und wird durch ein barockes Portal aus dem Jahr 1729 belebt, ein Werk von Pietro Carattoli.
Links von den Loggien des Braccio öffnet sich ein großes Portal, das zu einem der beiden Kreuzgänge von San Lorenzo führt. Dieser wurde im 18. Jahrhundert errichtet und besteht aus einem von zweigeschossigen Säulenarkaden umgebenen Innenhof. An einer Seite des Hofes befindet sich das Kapitelmuseum von San Lorenzo. Der zweite Kreuzgang stammt aus dem 15. Jahrhundert und besteht aus drei auf unterschiedlichen Ebenen angeordneten Loggien, die von wiederverwendeten, sehr viel älteren Granitsäulen getragen werden. Er entstand aus der Erweiterung der sogenannten canoniche, den Wohnräumen der Priester und Kleriker des Komplexes, und beherbergt noch heute private Wohnungen.
Unterhalb der Kathedrale befinden sich antike Baustrukturen, die Teil des „unterirdischen Perugia“ sind – eines Rundgangs, der es ermöglicht, etruskische, römische und mittelalterliche Bauwerke zu entdecken. Der Zugang erfolgt über den angrenzenden Komplex der Isola di San Lorenzo.
Das Innere – ein weiter Raum mit Raffinessen, die ihn noch größer erscheinen lassen
Das Innere der Kathedrale besteht aus drei Schiffen mit jeweils fünf Jochen, die durch mächtige Pfeiler voneinander getrennt sind, und wird durch das Querhaus, das Vierungsjoch und fünf Apsiskapellen abgeschlossen. Der Raum wirkt weit und großzügig – sowohl dank der Hallenkirchenstruktur, bei der die Schiffe etwa gleich hoch sind (rund 25 Meter), als auch durch den leicht abfallenden Boden zwischen dem Portal und dem Altarraum sowie durch die Proportion der Schiffe: das Mittelschiff ist zweieinhalbmal so breit wie die Seitenschiffe.
Das Innere präsentiert sich prunkvoll und reich geschmückt, ganz im Stil des 18. Jahrhunderts. Aus dieser Zeit stammen die Malereien, Stuckarbeiten, Vergoldungen, echten oder gemalten Marmorgesimse, Rahmungen und Medaillons, die die Gewölbe vollständig bedecken. Die ursprüngliche Dekoration aus dem 15. Jahrhundert wurde im Zuge einer großangelegten malerischen Neugestaltung ersetzt, an der die bedeutendsten Künstler des lokalen Rokoko beteiligt waren: Francesco Appiani, Valentino Carattoli, Carlo Spiridione Mariotti, Vincenzo Monotti und andere.
Der Hochaltar aus polychromem Marmor ist ein Werk von Carlo Murena (1762). In der rechten Seitenkapelle, hinter einem kunstvoll geschmiedeten Eisenzaun aus dem späten 15. Jahrhundert, befindet sich die Kapelle des heiligen Bernhardin von Siena. Dort ist das wunderschöne Gemälde Die Kreuzabnahme (Deposizione dalla Croce) von Federico Barocci (1567–1569) zu sehen – zweifellos das bedeutendste Kunstwerk, das in der Kathedrale erhalten ist. Gegenüber dem Seitenportal, an der dritten Säule des Mittelschiffs, befindet sich das hochverehrte Fresko der Madonna delle Grazie, das Giannicola di Paolo zugeschrieben wird.
Im linken Seitenschiff sind besonders die Reste des Altarretabels der Pietà hervorzuheben, das 1474 von Agostino di Antonio di Duccio geschaffen wurde, sowie der Gonfalone-Altar, an dem das Banner von Berto di Giovanni (1526) aufbewahrt wird, das anlässlich einer schweren Pestepidemie entstand. Dieses Werk stellt eines der vollständigsten ikonografischen Zeugnisse Perugias vor dem Bau der Festung Rocca Paolina und den darauf folgenden städtebaulichen Veränderungen dar.
An der Rückwand des Kirchenschiffs befindet sich ein großformatiges Gemälde von Giovanni Antonio Scaramuccia, das die Jungfrau Maria zwischen den Schutzheiligen der Stadt – Laurentius, Konstantius und Herkulanus – sowie den Heiligen Augustinus, Dominikus und Franziskus zeigt (1616). An derselben Wand, rechts vom Eingang, steht der Sarkophag des Bischofs Giovanni Andrea Baglioni, einer der Hauptakteure des Kathedralneubaus, ein Werk von Urbano da Cortona (1451). Das Rosettenfenster zeigt das Martyrium des heiligen Laurentius und wurde 1919 von Lodovico Caselli geschaffen.
Einst befand sich in der Kirche, in der Nähe der Oratoriumskapelle des heiligen Onophrius im rechten Querschiff, das wunderschöne Altarbild Die Madonna auf dem Thron zwischen den Heiligen Johannes dem Täufer, Onophrius, Laurentius und Herkulanus von Luca Signorelli, das heute im Kapitelmuseum aufbewahrt wird.
Ein elegantes spätgotisches Portal rechts vom Querschiff führt in die Sakristei, in der einer der schönsten manieristischen Freskenzyklen Perugias erhalten ist. Aus der Dunkelheit der siebeneckigen Apsis treten die Farben der Glasfenster und der geschnitzte Chorgestühl hervor, das 1486 von Giuliano da Maiano und Domenico del Tasso geschaffen wurde.
In der Kirche wird in der Kapelle des Heiligen Rings (Cappella del Santo Anello) die verehrte Reliquie des Eherings der Jungfrau Maria aufbewahrt, die 1473 den Einwohnern von Chiusi entzogen wurde. Der Ring, in einem kostbaren Reliquiar gefasst, wird in einem Tresor mit sieben Schlössern aufbewahrt und befindet sich in einer Nische in acht Metern Höhe, geschützt durch ein vergoldetes Gitter, das wiederum mit vier Schlüsseln gesichert ist. Der Heilige Ring wird nur zweimal im Jahr gezeigt – zwischen dem 29. und 30. Juli sowie am vorletzten Sonntag im Januar, wenn das Fest der Vermählung der Jungfrau gefeiert und die Eheringe gesegnet werden. Auf dem Altar der Kapelle befindet sich das Gemälde Die Vermählung der Jungfrau von Jean-Baptiste Wicar (1825), das das gleichnamige Werk von Pietro Perugino ersetzt, das während der napoleonischen Plünderungen entwendet und heute im Musée des Beaux-Arts in Caen aufbewahrt wird.