En el año 257 el emperador Valeriano publicó un decreto de persecución en el cual ordenaba que todo el que se declarara cristiano sería condenado a muerte. El 6 de agosto el Papa San Sixto estaba celebrando la santa Misa en un cementerio de Roma cuando fue asesinado junto con cuatro de sus diáconos por la policía del emperador. Cuatro días después fue martirizado su diácono San Lorenzo.

La antigua tradición dice que cuando Lorenzo vio que al Sumo Pontífice lo iban a matar le dijo: "Padre mío, ¿te vas sin llevarte a tu diácono?" y San Sixto le respondió: "Hijo mío, dentro de pocos días me seguirás". Lorenzo se alegró mucho al saber que pronto iría a gozar de la gloria de Dios.

Entonces Lorenzo viendo que el peligro llegaba, recogió todo el dinero y demás bienes que la Iglesia tenía en Roma y los repartió entre los pobres. Y vendió los cálices de oro, copones y candelabros valiosos, y el dinero lo dio a las gentes más necesitadas.

El alcalde de Roma, que era un pagano muy amigo de conseguir dinero, llamó a Lorenzo y le dijo: "Me han dicho que los cristianos emplean cálices y patenas de oro en sus sacrificios, y que en sus celebraciones tienen candelabros muy valiosos. Vaya, recoja todos los tesoros de la Iglesia y me los trae, porque el emperador necesita dinero para costear una guerra que va a empezar".

Lorenzo le pidió que le diera tres días de plazo para reunir todos los tesoros de la Iglesia, y en esos días fue invitando a todos los pobres, lisiados, mendigos, huérfanos, viudas, ancianos, mutilados, ciegos y leprosos que él ayudaba con sus limosnas. Y al tercer día los hizo formar en filas, y mandó llamar al alcalde diciéndole: "Ya tengo reunidos todos los tesoros de la iglesia. Le aseguro que son más valiosos que los que posee el emperador".

Llegó el alcalde muy contento pensando llenarse de oro y plata y al ver semejante colección de miseria y enfermedad se disgustó enormemente, pero Lorenzo le dijo: "¿por qué se disgusta? ¡Estos son los tesoros más apreciados de la iglesia de Cristo!"

El alcalde lleno de rabia le dijo: "Pues ahora lo mando matar, pero no crea que va a morir instantáneamente. Lo haré morir poco a poco para que padezca todo lo que nunca se había imaginado. Ya que tiene tantos deseos de ser mártir, lo martirizaré horriblemente".

Y encendieron una parrilla de hierro y ahí acostaron al diácono Lorenzo. San Agustín dice que el gran deseo que el mártir tenía de ir junto a Cristo le hacía no darle importancia a los dolores de esa tortura.

Los cristianos vieron el rostro del mártir rodeado de un esplendor hermosísismo y sintieron un aroma muy agradable mientras lo quemaban. Los paganos ni veían ni sentían nada de eso.

Después de un rato de estarse quemando en la parrilla ardiendo el mártir dijo al juez: "Ya estoy asado por un lado. Ahora que me vuelvan hacia el otro lado para quedar asado por completo". El verdugo mandó que lo voltearan y así se quemó por completo. Cuando sintió que ya estaba completamente asado exclamó: "La carne ya está lista, pueden comer". Y con una tranquilidad que nadie había imaginado rezó por la conversión de Roma y la difusión de la religión de Cristo en todo el mundo, y exhaló su último suspiro. Era el 10 de agosto del año 258.

El poeta Pruedencio dice que el martirio de San Lorenzo sirvió mucho para la conversión de Roma porque la vista del valor y constancia de este gran hombre convirtió a varios senadores y desde ese día la idolatía empezó a disminuir en la ciudad.

San Agustín afirma que Dios obró muchos milagros en Roma en favor de los que se encomendaban a San Lorenzo.

El santo padre mandó construirle una hermosa Basílica en Roma, siendo la Basílica de San Lorenzo la quinta en importancia en la Ciudad Eterna.