Como antecedente histórico Kubler menciona que "En 1524 los franciscanos deseosos de escapar del tumulto de la ciudad e invitados por un pariente de Moctezuma, el señor de Tenayuca, emprendieron sus primeros trabajos de evangelización entre los aislados indígenas de Cuautitlán y Tepotzotlán", seguramente alrededor de esta fecha existió una fundación primitiva en el actual San Lorenzo, aunque las características del templo actual nos indican que se trata de una construcción de finales del siglo XVI en su primera etapa con un segundo período constructivo importante durante el XVIII.
El conjunto arquitectónico se compone de: un atrio de buenas dimensiones que al mismo tiempo conforma la plaza principal del asentamiento, la nave del templo dispuesta al costado sur sobre un eje oriente-poniente y la casa cural. La fachada principal se levanta hacía el poniente, tiene un cuerpo central con la portada y dos torres laterales. Dos arbotantes en diagonal que arrancan de macizos botareles se incrustan en las aristas de las torres, dando estabilidad estructural y compositiva al edificio.
En la fachada norte destacan del paramento, sendos contrafuertes originalmente concebidos como arbotantes, que fueron reforzados en una etapa posterior. En el tercer entreje aparece una portada lateral con cerramiento en forma de sección esférica ornamentado a manera de concha.
El ábside tiene forma rectangular con refuerzos en las aristas y un arbotante en la esquina noreste. El costado sur de la nave colinda con un patio para la casa cural, la sacristía está adosada al ábside, tiene comunicación directa con el presbiterio y con la capilla lateral.
El interior de la nave consta de tres entrejes y el presbiterio. El primer entreje más corto que el resto, lo ocupa el sotocoro cubierto con bóveda rebajada de medio punto, al coro se accede desde el patio exterior, por una escalerilla interior a la torre poniente. El presbiterio tiene un nivel de piso elevado del resto de la nave, alberga un retablo estípite que destaca notablemente por su diseño y por la excelente manufactura de cada una de sus piezas.
Los muros y contrafuertes son de mampostería de piedra volcánica combinada con hiladas de tabique rojo; la cubierta es un cañón corrido con lunetos en el el primer y segundo tramo de la nave, al igual que en el presbiterio, sobre el crucero se levanta una cúpula de gajos con tambor octagonal y pechinas. La capilla lateral tiene también bóveda de cañón corrido.
