"Le origini della Chiesa di San Lorenzo in Montevarchi vanno ricercate, come del resto queklle dell'attuale cittadina, sul vicino colle denominato dei Cappuccini, dal convento che i francescani di questo ramo vi eressero nel 1538.
Intorno all'XI° secolo si ha notizia che su questo colle sorgeva un castello, detto Montisguarchi, di cui erano feudatari i marchesi Bourbon del Monte Santa Maria di Colle di Pierle, anche se già agli inizi del secolo successivo questa località è menzionata nei diplomi imperiali tra i possessi dei conti di Romagna, quando a capo di questo ramo era Guidoguerra, marito di Gualdrada Ravignani, designato dai genealogisti "il Vecchio", per distinguerlo d altri omonimi della stessa famiglia. E' probabile che sia stato questo conte a volere nel castello di Montevarchi, forse in contrapposizione alla preesistente chiesa di Sant'Andrea sul Poggio Cennano, in diocesi di Arezzo, una chiesa nella diocesi di Fiesole, dedicata al martire Lorenzo e assegnata al piviere di San Giovanni a Cavriglia.
Verso la metà del XII° secolo, poi, si assiste alla migrazione degli abitanti del castello nel sottostante piano, che viene denominato "mercatale di Montevarchi", dove, secondo quanto afferma Aldo Anselmi, i montevarchini trasferirono pure la loro chiesa, stabilendone la sede in una cappella già esistente, intitolata a San Bartolomeo, situata sulla via trasversale che dal XVI° secolo porta il nome di Via Bartoli. Pertanto viene da pensare che agli inizi del Duecento la chiesa di San Lorenzo non esistesse ancora o per lo meno che la sua costruzione si iniziasse dopo il 1212, anni in cui, ricorda ancora l'Anselmi, minacciando rovina la cappella, si rese necessaria l'edificazione di un nuovo e più decoroso edificio di culto che avrebbe accolto la chiesa parrocchiale di San Lorenzo, quasi al centro del mercatale , nel luogo dove attualmente si trova l'Insigne Collegiata.
Sulla base degli studi di Giulio Cesare Carraresi, il primo documento che menziona la chiesa di San Lorenzo nel mercatale risale al 6 novembre 1227 e contiene la donazione di una casa "sita apud Montesguarchi in Burgo de Pugnacoda" da parte di Maestro Giovanni, figlio di Ughetto medico di Montevarchi, a Buonagiunta, priore, rettore ed economo della canonica di San Lorenzo, donazione il cui atto pubblico viene rogato dal notaio Orlando nella casa stessa, alla presenza di tre testimoni, uno dei quali chierico.
Il conte Guidoguerra, dei conti Guidi, ha nobilitato poi la chiesa di san Lorenzo con il dono della reliquia del sacro latte della Madonna che, appartenuta all'imperatore di Costantinopoli Baldovino II di Courtenais e da questi ceduta al re di Francia Luigi IX, è stata donata da Carlo d'Angiò al guelfo Guidoguerra per l'appoggio fornitogli nella battaglia di Benevento del 1266 contro le truppe ghibelline di Manfredi di Svevia." (Pesci L., La Collegiata di San Lorenze. Maestranze fiorentine a Montevarchi dal Rinascimento all'Ottocento, Industria grafica valdarnese, 11-12)
La visita di papa Leone X
Nel corso del suo viaggio per Bologna, anche papa Leone X sembra rispondere al richiamo del culto venerato in Montevarchi: dalle Ricordanze di Bartolomeo Masi si ha infatti notizia che il pontefice, dopo aver visitato Cortona ed Arezzo, trasferitosi a Montevarchi, dove pernotta in casa "Nacchianti", la mattina del 24 novembre 1515 si presenta con numeroso seguito nella chiesa di San Lorenzo per venerare la sacra reliquia. Per tutto quel giorno il pontefice "volle che lucrassero Indulgenza Plenaria tutti quelli che visitavano la chiesa". (Pesci L., La Collegiata di San Lorenze. Maestranze fiorentine a Montevarchi dal Rinascimento all'Ottocento, Industria grafica valdarnese, 47)