La Basilica è uno degli esempi più interessanti di stratificazione artistica. Il primitivo impianto della chiesa risale infatti al XIII secolo, anche se ha subito, soprattutto nel Seicento e nel Settecento, ampi rimaneggiamenti che ne hanno notevolmente modificato l'impianto originario. La chiesa sorge su una struttura medievale e in luogo di una basilica paleocristiana. Fu costruita per volere di Carlo I d'Angiò. I lavori furono avviati nel 1270-1275 da maestranze francesi e si conclusero nella prima metà del secolo successivo ad opera di maestranze locali. Evidente la mescolanza di stili: gotico francese per l'abside, gotico-francescano per il resto. In epoca barocca la chiesa venne completamente rinnovata. La facciata, che conserva incastonato l'originario portale marmoreo dell'epoca di re Roberto, è opera di Ferdinando Sanfelice (1742). All'interno dell'abside è il Sepolcro di Caterina d'Austria (ca.1323), il primo monumento eseguito a Napoli da Tino da Camaino. Il volto attuale della chiesa si deve al restauro del 1944.

Nell'area sottostante la Basilica di San Lorenzo Maggiore sono presenti i resti degli edifici pubblici della città greco-romana, il cui centro corrisponde all'attuale piazza San Gaetano. Oltre alla Chiesa Paleocristiana del VI secolo d.C. sono state messe in luce tracce di preesistenti strutture del IV secolo a.C. tra cui il "macellum" antico mercato alimentare. Vari altri edifici, tra cui l'erario, disseminati lungo un considerevole tratto di strada, testimoniano la complessa stratificazione avvenuta attraverso numerose trasformazioni dell'impianto urbano nel corso dei secoli.