La Chiesa di San Lorenzo, che si pensa fosse in origine la cappella del castello di Premilcuore, è un edificio costituito da una navata unica, la cui facciata è a due spioventi e il campanile è posto sul tetto di una struttura adiacente.
L’interno vede protagonista la parete finale dove si trova la pala della “Madonna del Rosario con S. Domenico e S. Caterina”, olio su tela dell’artista fiorentino Francesco Curradi, risalente al XVII secolo e restaurata nel 1989. Ai fianchi dell’altare sono poste due fastose nicchie che contengono le statue di San Martino, patrono di Premilcuore, e di San Lorenzo. Due porte con stipiti e architravi di pietra conducono alla sacrestia, dove si trovano i dipinti “Sacra Famiglia con S. Anna e S. Giovanni” attribuibile al pittore toscano Santi di Tito, e una “Vergine del Rosario”, risalente allo stesso periodo.
