Figlio di Giovanni, maestro elementare, e di Giovanna Dalla Mura, ricevette la prima educazione dal padre; in seguito frequentò l’I. R. Scuola Reale Superiore di Venezia e conseguì la laurea in Ingegneria Civile e Architettura a Padova, il 26 aprile 1864. Nel corso dei suoi studi ebbe come maestri, tra gli altri, Domenico Turazza e Giusto Bellavitis e seguì anche le lezioni di astronomia di Virgilio Trettenero, di cui fu uno degli ultimi allievi. Già nel novembre del 1863 era stato nominato assistente alla cattedra di Astronomia ed era stato incaricato delle osservazioni meteorologiche presso l’Osservatorio Astronomico, ove affiancò l’anziano direttore Santini anche nelle osservazioni astronomiche, in un periodo in cui l’Osservatorio si trovava sguarnito di personale, fatta eccezione per il Michez. Nel 1867 ebbe il regolare incarico delle lezioni di astronomia, ottenendo la nomina a professore straordinario nel 1872; nel 1878, dopo la morte di Santini, divenne professore ordinario e direttore dell’Osservatorio, incarico che mantenne fino al 1913. Dal 1869 all’85 gli fu anche affidata la cattedra di geodesia. Nel triennio 1891-94 fu Preside della Facoltà di Scienze, ma rifiutò la nomina a Rettore dell’Università.
La sua attività scientifica spaziò dall’astronomia classica alla spettroscopia, fino alla geodesia. Primo astronomo padovano a compiere ricerche astrofisiche, fu tra i soci fondatori della Società degli Spettroscopisti italiani e promotore, insieme a Pietro Tacchini, della spedizione italiana che nel 1874 si recò in India per osservare il raro fenomeno del passaggio di Venere sul disco del Sole, missione per la quale gli astronomi italiani misero a punto una innovativa metodologia osservativa spettroscopica. Divenuto membro effettivo della Commissione Geodetica italiana per la misura dei gradi nel 1878, da allora focalizzò i suoi interessi scientifici soprattutto in campo geodetico, compiendo numerose ricerche volte a determinare misure di intensità di gravità locale e la conseguente lunghezza del pendolo semplice a secondi.
Nel corso della sua attività accademica, Lorenzoni si dedicò con dedizione all’insegnamento: sotto la sua guida la scuola padovana di astronomia crebbe e formò personaggi del calibro di Antonio e Giorgio Abetti - padre e figlio - entrambi direttori dell’Osservatorio Astrofisico di Arcetri, Emilio Bianchi, direttore dell’Osservatorio di Brera e Giuseppe Ciscato, direttore della stazione di Carloforte.