O Real Mosteiro de São Lourenço do Escorial foi iniciado em 1563 por ordem de Filipe II de Espanha e substancialmente concluído em 1584 — pouco mais de vinte e um anos para o que ainda hoje é o maior edifício renascentista do mundo. Filipe II havia prometido construí-lo após a vitória do seu exército na Batalha de Saint-Quentin, no norte de França, a 10 de agosto de 1557, dia da festa de São Lourenço. São Lourenço foi martirizado numa grelha; a célebre planta do mosteiro em forma de grelha — quatro torres nos cantos, longos pátios retilíneos, o Pátio dos Reis ao centro — é a comemoração arquitetónica desse voto.
O arquiteto principal, Juan Bautista de Toledo, traçou os planos iniciais segundo princípios renascentistas italianos antes da sua morte em 1567. Juan de Herrera assumiu então o projeto e conferiu ao edifício o seu acabamento severo e sem ornamentos em granito: longas cornijas horizontais, pilastras lisas, telhados de ardósia que evocam o norte dos Habsburgo e uma ausência quase total de decoração esculpida no exterior. O estilo ficou conhecido como estilo herreriano e dominou a construção real espanhola durante o século seguinte. O complexo é construído em granito cinzento extraído da Serra de Guadarrama, imediatamente atrás do edifício, e possui a presença nua e monumental de uma vila de montanha, mais do que de um palácio.
Sob o altar-mor da basílica encontra-se o Panteão dos Reis, local de sepultamento de quase todos os monarcas espanhóis desde Carlos V. A câmara é octogonal, revestida do chão ao teto em mármore escuro e jaspe serpentina, e alberga vinte e seis sarcófagos idênticos de mármore preto com ferragens de bronze, dispostos em fiadas — reis de um lado, rainhas cujos filhos se tornaram reis do outro. Um Panteão dos Infantes separado, datado do século XIX, guarda os restos mortais de príncipes reais e rainhas consortes. O Panteão foi iniciado sob Filipe III e Filipe IV; o revestimento final de mármore só foi concluído em 1654 por Giovanni Battista Crescenzi.
A Biblioteca Real, que ocupa o longo salão superior acima da entrada principal, é uma das bibliotecas históricas mais importantes da Europa. Filipe II construiu-a como uma biblioteca de trabalho para eruditos e abasteceu-a com a sua própria coleção e com acervos adquiridos e confiscados; atualmente contém cerca de 40 000 volumes impressos, cerca de 4 700 manuscritos em árabe, latim, grego, hebraico, espanhol e outras línguas, e importantes coleções científicas e teológicas do Século de Ouro espanhol. Pellegrino Tibaldi frescou o teto de abóbada de berço entre 1586 e 1592 com as sete artes liberais e as virtudes cristãs. A sala está encerrada ao acesso académico, mas o corredor público permite aos visitantes percorrer toda a extensão da sala e ver as secretárias de leitura renascentistas originais, os globos celeste e terrestre e as estantes com lombadas viradas para fora (uma inversão invulgar do século XVII, concebida para preservar os cortes dourados das encadernações).