La Chiesa fu edificata nella seconda metà del secolo XIII sul luogo dove sorgeva la Basilica paleocristiana del VI secolo. L'interno è a croce latina, ad unica navata, con cappelle laterali e soffitto a capriate lignee. L'abside, progettata da architetti francesi, presenta uno splendido deambulatorio, delimitato da una serie di cappelle disposte a raggiera.
 
Tra queste si segnala la Cappella Barrile con Scene della vita della Vergine di ignoto napoletano di scuola giottesca. Monumento funerario di particolare rilievo della zona absidale è quello dedicato a Caterina d'Austria, opera dello scultore Tino di Camaino. Affreschi del XIV secolo, di Montano d'Arezzo, adornano alcune pareti del transetto destro. Testimonianze di ulteriori integrazioni avvenute nel sec. XVII e XVIII si evidenziano nella terza cappella a destra della navata con marmi policromi di Cosimo Fanzago e nella facciata esterna opera di Ferdinando Sanfelice.

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.