Kostel stojí na místě, které má dlouhou sakrální tradici. Již v roce 1350 je v listině o založení litomyšlského biskupství zaznamenán v Sobotíně kostel s farou, a v roce 1351 vydal jeho existenci potvrzující listinu také papež Kliment VI. z Avignonu. Na konci 16. století zde působil luterský pastor Pavel Braun, ovšem současný kostel byl postaven jako náhrada za starou evangelickou modlitebnu.

Stavba podél let 1605 až 1607 se uskutečnila za přispění Jana ze Žerotína. Základní kámen byl slavnostně položen v dubnu 1607 a stavební práce trvaly celkem 28 týdnů. Architektem kostela byl stavitel Antonio Thoma, kterému se připisují podobné stavby v blízké oblasti, například ve Velkých Losinách a Branné. První kázání proběhlo již 14. října 1607, což se a dodnes slaví jako posvěcení chrámu. Stavbu financovali především místní obyvatelé Sobotína, Vernířovic a Rudoltic, přičemž Žerotínové přidali nemalé prostředky a v roce 1609 věnovali mimo jiné cínovou křtitelnici ve tvaru kalicha. V roce 1673 za podpory Žerotínů vznikl nový hlavní oltář s obrazem svatého Vavřince, kterého maloval Franz Proper de Mus z Vikantic. Kostel se postupně stává centrem katolické víry v regionu – v roce 1675 byl do Sobotína dosazen první stálý katolický farář.

Součástí jeho historie je také tragická událost, která se stala důvodem k temným kapitolám v dějinách kraje. V roce 1678 byla v kostele zachycena žebračka z Vernířovic, která si po přijímání vyjmula hostii z úst, věřeći že její užití ku krávě zlepší její dojivost. Tento čin se stal záminkou k zahájení neblaze proslulých čarodějnických procesů na losinském panství. Ze Sobotína byli za domnělé čarodějnictví upáleni rychtář Axmann se svou manželkou. Těmto smutným událostem věnuje pamětní deska u kostela.

Stavba se během staletí transformovala. V roce 1761 uhodil do dřevěné věže blesk a vážně poškodil také klenbu, přičemž hrozilo zřícení. V roce 1792 byla na západní straně přistavěna nová věž a vzniklo nové průčelí, na což upomíná pamětní deska s chronogramem nad hlavním vchodem. Přistavěna byla také sakristie s oratoří. Od roku 1844 se patronem kostela stala rodina Kleinů, majitelé vízmberského panství. Albert Klein nechal upravit interiér, vytvořit nový oltářní stůl, sochanou výzdobu a kazatelnu. V 19. století kostel doplnily nové hodiny na věž (1876) a nové varhany od bratří Braunerů z Uničova (1895). Generální oprava proběhla v roce 1937. V novější historii následovaly opravy věže (1964), zpevnění a rekonstrukce krovu se střešním krytem (1994) a oprava fasády (2005–2008, 2014).

Architektonicky se jedná o jednolodní stavbu se sálovou dispozicí, zakončenou pětibokým závěrem na východní straně. Kostel stojí v areálu hřbitova obehnaného zdí z lomového kamene z 18. století se třemi kapličkami a klasicistní kostnicí. U kostela stojí kamenný kříž z roku 1878 s reliéfem Piety.