Su máxima actividad se desarrolló entre los años 1317 y 1348, cuando murió, probablemente a causa de la Peste Negra, lo mismo que su hermano.
La obra más antigua que se le conoce es una «Madonna con niño» de 1319 (Museo Diocesano de San Cascianco) y desde allí se trasladó a Florencia donde ingresó en la cofradía de los médicos y especieros (que en esa época correspondía también a los pintores).
Su estilo, influido por el de su amigo Simone Martini (el pintor más apreciado en su época) pero más naturalista, debido a la influencia de su maestro Duccio, era poco comprendido, por lo que sus comienzos no fueron muy exitosos.
Cuando volvió a Siena, trabajó en los frescos de su Palazzo Pubblico o ayuntamiento (siglo XIV), en un ciclo narrativo de tema civil y político.
El innovador influjo que Duccio ejerció sobre Ambrogio Lorenzetti hace que su forma de pintar no se corresponda exactamente con el estilo general de la escuela sienesa.