L'Abbazia Benedettina è certamente il più prezioso gioiello tra i monumenti di San Lorenzo in Campo e uno dei più ragguardevoli delle Marche.

Costruita tra l'VIII e il IX secolo con ruderi provenienti dal vicino tempio di Adone dopo la caduta di Suasa, fu ampliata e portata al più geniale livello artistico dai monaci, probabilmente venuti dall'Abbazia di Sant'Apollinare in Classe di Ravenna.

È una maestosa costruzione romano-gotica a tre navate.

Ha delle arcate a tutto sesto in muratura, sorrette da colonne di granito-grigio che provengono certamente dai lontani paesi d'Oriente, con capitelli romani che presentano una grande varietà di forme e di motivi decorativi.

I radicali restauri effettuati negli anni 1937-1943 hanno liberato il grandioso edificio di tutte le supercostruzioni barocche settecentesche e gli hanno restituito l'antico stile romano-gotico. Nel 1943 il Papa Pio XII elevò il bel tempio alla dignità di Basilica.

Una cripta bellissima, che si estende sotto tutto il presbiterio, è stata riportata alla luce nel 1940. Vi si trovano le ossa di San Demetrio, Martire Tessalonicese, scoperte in un urna nel 1520. La tradizione vuole che siano state portate dai monaci, al tempo delle crociate, i quali le trafugarono dal tempio di Salonicco. Vi furono solennemente riportate nel 1978-80 con grande soddisfazione dei fratelli Ortodossi.

Nel 1837 Gregorio XVI cedette l'Abbazia ai Cistercensi per 4.500 scudi romani all'anno. 

Nel 1861 i beni dell'Abbazia, tra i quali 2.000 ettari di terreno della valle del Cesano furono indemaniati.

Con la successiva partenza dei Cistercensi andarono perdute o trasferite bellissime raccolte di libri, quadri ed altri oggetti di grande valore artistico.

 Tuttavia, ancor oggi, conserva dipinti pregevoli come la grande tela di Terenzio Terenzi detto il “Rondolino” (fine 1500) che raffigura la Madonna col Bambino, San Lorenzo e San Benedetto e sullo sfondo il centro storico di San Lorenzo in Campo, una tavola firmata Pierpaolo Agapiti e datata 1530, la Madonna in Trono col Bambino, San Lorenzo e San Demetrio, una tela di Ercole Ramazzani del 1586, la Vergine con i 15 Misteri del Rosario e 14 bellissime tele della via Crucis.

 Nell'Antiquarium attiguo all'Abbazia sono esposte altre tele restaurate, statue e busti lignei, paramenti e arredi sacri di varie epoche e di grande pregio. Il Monastero, con vita autonoma fino al secolo scorso, ebbe grande importanza storica ed annovera tra i suoi Abati Commendatari anche Giuliano della Rovere poi divenuto Papa Giulio II.