Lorenzi lần đầu vào chung kết giải đấu của AThành phố World Tour vào tuổi 32, ở São Paulo. Tại Brasil Open 2014, tay vợt người Ý này đã vào bán kết giải AThành phố đầu tiên, đánh bại Juan Mónaco sau 3 set đấu; sau đó vào vòng chung kết sau khi Tommy Haas bỏ cuộc ở set 2 trong trận đấu của họ. Anh thua trước tay vợt người Argentina Federico Delbonis sau 3 set đấu.

Vào ngày 22 tháng 5 năm 2015, sau khi đánh bại Matthew Ebden ở vòng tứ kết của giải Eskişehir Cup, Lorenzi trở thành tay vợt thứ ba đã thắng 300 trận tại các giải AThành phố Challenger Tour.[5]

Tại tuổi 34, vào ngày 24 tháng 7 năm 2016, Lorenzi đã có danh hiệu AThành phố Tour đầu tiên sau khi đánh bại Nikoloz Basilashvili tại giải Generali Open Kitzbühel. Anh là hạt giống số 32 của giải Miami Open 2017 nhưng thua ở vòng 2.

Vào ngày 1 tháng 8 năm 2016, anh đã thế chỗ Fabio Fognini để trở thành tay vợt số #1 mới của Ý ở Bảng xếp hạng ATP Hiệp hội quần vợt nhà nghề ở tuổi 34 và 8 tháng.

Anh đã tham dự Giải quần vợt Wimbledon 2017 khi anh có chiến thắng đầu tiên với tư cách là hạt giống số 32 trước Horacio Zeballos sau 4 set đấu, anh sau đó đã vào vòng 2 khi anh thua Jared Donaldson sau 4 set đấu.

Lorenzi đã có thành tích đánh đơn Grand Slam tốt nhất trong sự nghiệp, vào vòng 1/16 tại Giải quần vợt Mỹ Mở rộng 2017. Anh đã thua trước tay vợt á quân sau đó là Kevin Anderson sau 4 set đấu.