Se encuentra en el noroeste de la comunidad, en la vertiente suroriental de la Sierra de Guadarrama, al pie del monte Abantos y las Machotas, a 47 km de Madrid. Recibe popularmente el nombre de El Escorial de Arriba para diferenciarlo con su pueblo vecino de El Escorial, denominado El Escorial de Abajo.
Fue fundada en tiempos de Carlos III, en el siglo XVIII, y se constituyó como municipio en el siglo XIX. Surgió como una escisión de El Escorial, donde Felipe II construyó, a finales del siglo XVI, el Monasterio de El Escorial.
El Monasterio y el Real Sitio fueron declarados Patrimonio de la Humanidad por la Unesco en 1984, con la denominación de «El Escorial, Monasterio y Sitio». Alrededor de este edificio, uno de los principales monumentos renacentistas españoles, se ha desarrollado una potente industria turística y hostelera, la cual ha convertido al lugar en uno de los principales destinos turísticos. Dentro de su término municipal se encuentra también el Valle de los Caídos.
Cabe destacar su masiva vegetación, la cual se encuentra constituida por los Melojares guadarrámicos, sus pinares y piornales. El carácter climático del melojar y del encinar es evidente, ya que casi todo su dominio se encuentra ocupado tanto por manchas de bosque, como por sus etapas de sustitución: retamares, tomillares, etc.
San Lorenzo de El Escorial está comunicado por la autopista A-6, M-600, M-505 (unido con El Escorial, Galapagar y las Rozas de Madrid), M-505 (al límite con la provincia de Ávila) y por su red vial de autobuses urbanos e interurbanos, junto con su tren cercanías perteneciente a la línea C-3.
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