La tradición relata que el origen de esta devoción se remonta al reinado de Alfonso IV (1072-1109), durante el cual un sacerdote trajo hasta nuestra ciudad una imagen de la Virgen venerada en la localidad de Consuegra (Toledo), para protegerla de los saqueos musulmanes.

La imagen estuvo originalmente situada en una cueva del exterior de las murallas de la ciudad, en la margen izquierda del Pisuerga, junto a la Puerta de Aguadores, por lo que era conocida como Virgen de los Aguadores. Los favores públicos y privados recibidos por los vallisoletanos causaron que al poco tiempo la imagen fuera trasladada a la ermita dedicada a san Lorenzo, en la que recibió culto y su nombre actual. Ya en el siglo XV se hizo necesario construir un templo, la iglesia parroquial de San Lorenzo Mártir, del que, tras su reconstrucción entre 1980 y 1987, solo se conservan actualmente la torre, la pequeña fachada de entrada y el atrio adjunto.

Invocada como Patrona de Valladolid desde 1637, fue declarada oficialmente como tal el 21-10-1917, con motivo de la Coronación Canónica de la imagen por el cardenal Cos. La Hermandad de Nuestra Señora de San Lorenzo, constituida el 7-10-1781, recuperó en 2003 la procesión popular de la imagen en su festividad, tras más de 50 años sin celebrarse.

La talla de María es de madera policromada, de estilo románico-bizantino; está sentada en un trono, con los pies descubiertos; su mano derecha tiene los dedos juntos y hacia arriba en actitud de sostener el pomo, tradicional en las imágenes antiguas, pero su lugar lo ocupa actualmente un ramo artístico de oro y pedrería. También lleva una medalla con el escudo de la ciudad y un bastón de mando en alusión a la alcaldía de Valladolid. El Niño Jesús porta un libro y apoya su mano derecha en el pecho de su madre, y ambos llevan sendas coronas realizadas en oro y plata.