La chiesa di San Lorenzo di Castelnovo, arroccata in una posizione panoramica, è di notevole interesse per il suo impianto architettonico e per la sua antica storia.
Non ci sono informazioni certe riguardo alla sue origini, ma un frammento di pietra collocato sopra al rosone della facciata presenta una decorazione risalente all'VIII o al IX secolo.
Nel 1166, la chiesetta venne ristrutturata ed ampliata: la pavimentazione precedente venne riutilizzata come fondamenta utili a livellare la nuova struttura, l'aspetto esterno si presentava rettangolare e l'interno era a navata singola. Venne adottato un escamotage per cui, mentre il lato est si presenta piano al suo esterno, al suo interno presenta due concavità absidali affiancate (di cui, quella a nord, faceva parte della struttura originaria).
Di questa ricostruzione è rimasta traccia in una finestra del lato nord che, in una delle pietre che ne costituiscono l'arco, riporta l'iscrizione: «Mi ha fatto Marcillo, durante il regno dell'Imperatore Federico, nell'anno Millecentosessantasei dall'incarnazione del Signore».
Nel corso del Duecento, la chiesetta di San Lorenzo perse la sua centralità nella vita liturgica cittadina per via della crescente affermazione della nuova chiesa di San Vitale, attuale parrocchiale di Castelnovo, costruita ai piedi della collina. Al Trecento risalgono gli affreschi conservati nell'abside destro e del 1656 è la statua lignea, posta sull'altare principale, raffigurante San Lorenzo.
Nel corso del XVII secolo, la chiesetta di San Lorenzo fu soggetta di alcuni restauri e lavori di sistemazione dell'edificio ormai molto decadente: vennero sistemati la facciata e la copertura, murando il coccio e nascondendo la capriata lignea con un soffitto orizzontale (compromettendo l'illuminazione apportata dalle finestre preesistenti).
I lavori di restauro svolti nel 1984 venne rifatta la copertura e l'intonaco esterno, riportando così alla luce le pietre scolpite nel 1166. Negli Anni '90 del Novecento venne anche sistemato il pendio che rischiava di sgretolarsi: l'antica strada d'accesso venne resa pedonale e la vecchia stradina nel lato nord-est divenne la strada principale.
