L'edifici de l'església està situat als afores de Vila-rodona, a l'antic camí que la comunicava amb Aiguamúrcia. És una construcció de grans proporcions, de planta basilical. El seu interior es troba en l'actualitat molt malmès. L'exterior, tot i trobar-se molt modificat i en precari estat de conservació, permet identificar els elements d'estil Renaixement a què pertany. Del conjunt val la pena remarcar la composició de la façana, amb una porta, avui tapiada d'arc escarser i escut centrat, una obertura circular, també tapiada, a la part superior, i un acabament de línies sinuoses. Tot l'edifici presenta modificacions quant a les obertures, practicades irregularment. El material emprat és la pedra vista.
L'església de Sant Llorenç és l'únic element que resta de l'antic convent dels Dolors, de pares servites. El conjunt s'havia començat a construir l'any 1599. En diverses ocasions, els frares van haver de deixar l'edifici a causa d'esdeveniments bèl·lics. L'any 1835 el convent fou definitivament abandonat, i va patir incendis i robatoris. En aquell període, en temps de la Primera Guerra Carlina, el convent va ser enderrocat per fortificar Vila-rodona, tot i que l'església fou conservada com a magatzem de vi.
