Por uma determinação de D. Manuel I, Rei de Portugal, foi decidida a construção de uma fortaleza em 1513. Dessa época, ou das décadas seguintes, é ainda hoje bem visível o torreão nascente, com as armas reais, esfera armilar e cruz de Cristo. As obras foram encomendadas a João Cáceres, depois ampliadas por intervenções durante o reinado de D. João III e depois da investida dos corsários franceses, em 1566.
Durante o período Filipino, foram ainda introduzidas importantes alterações, com a construção de novos baluartes da responsabilidade de Mateus Fernandes e Jerónimo Jorge.
Por várias condicionantes e sucessivas alterações foi-se transformando a Fortaleza de São Lourenço em Palácio dos Governadores da Madeira, plenamente assumido só no século XVIII
A divisão administrativa dos poderes, Civil e Militar, em 1836, provocou uma divisão na ocupação física do palácio. A área leste, antes à responsabilidade do Governador Militar, encontra-se sob a tutela do Comando da Zona Militar da Madeira. A área oeste, correspondendo às principais dependências e salas nobres, antes próximas ao Governador Civil, estiveram desde 1976 ligadas ao Ministro da República para a Madeira e a partir de 2004 ao Representante da República na Região Autónoma da Madeira, e sua residência oficial. Estas salas apresentam um conjunto decorativo, constituído por artes decorativas, portuguesas e europeias, provindas, quer do fundo antigo do próprio Palácio, quer por transferências de Palácios Nacionais, dos séculos XVII, XVIII e XIX. Refira-se, por exemplo, a presença de uma série excecional de mobiliário francês em estilo “Boulle”, provindo do Palácio Real da Ajuda em Lisboa. Interessante é a galeria de retratos reais, como D. João V e D. José. Pode ainda destacar-se o retrato de D. João VI, pintado por Joaquim Leonardo da Rocha, que desenvolveu grande atividade na Madeira.

Serviços:

O Palácio de São Lourenço possui serviços educativos para apoio técnico a visitas.
Na área militar, que pertence ao Comando Operacional da Zona Militar da Madeira, encontra-se instalado, numa pequena dependência, um núcleo histórico-museológico, onde se apresenta um historial da construção inicial e alterações na Fortaleza-Palácio de São Lourenço. São também referidos vários aspetos da História Militar da Ilha da Madeira.