Malgré qu'il ait travaillé longtemps à Florence, Ambrogio Lorenzetti est à citer parmi les grands peintres de l'école siennoise. Cette école de peinture était caractérisée par un style élégant, apprecié même par les artistes florentins, les rivaux des siennois, entre le XIIIe et le XVe siècle.
Dans une de ses peintures qui date de 1328, on a la première représentation d'un sablier. Son œuvre principale est sans doute l'Allégorie et les effets du Bon et Mauvais Gouvernement, une encyclopédie picturale qui illustre une campagne idéalisée et une ville médiévale, dans la Salle della Pace du Palais Publique de la ville toscane. Il s'agit d'un document important d'un certain moment historique de Sienne et qui nous témoigne aussi d'un artiste politiquement averti et d'un observateur moral bien avisé.
Les fresques, qui datent de 1337-1339, sont des représentations de figures allégoriques et de la vertu qui guide le gouvernement de la république. Aux deux côtés des Effets du Bon Gouvernement en Ville et en Campagne, il y a trois fresques moins conservées : Allégorie du Bon Gouvernement, Allégorie du Mauvais Gouvernement et les Effets du Mauvais Gouvernement en Ville et en Campagne. Ce sont des œuvres complexes, caractérisées par une vision panoramique, qui déploient l'influence gothique d'autres peintres siennois comme Simone Martini (1284-1344).
Ce qui distingue l'art de Lorenzetti, par rapport aux autres grands maîtres siennois, tels que Simone Martini ou Duccio, est une démarche plus naturaliste. D'ailleurs Ambrogio et son frère Pietro Lorenzetti (1280-1348) sont considérés les peintres qui, les premiers, ont introduit cette tendence vers le naturalisme dans l'école siennoise.
Une bonne partie de la production artistique de Ambrogio a disparu. Sa première peinture arrivée jusqu'à nous est la Vierge à l'Enfant, réalisée en 1319. Parmi les autres œuvres, à mentionner les fresques de l'église Saint-François à Sienne illustrant l' Investiture de saint Louis de Toulouse (1329) et le Martyr des Franciscains (1336), un retable d'autel dans l'église San Procolo, datant de 1332, qui représente la Vierge à l'Enfant et saints et enfin le retable de Santa Petronilla, qu'il avait peint pour la décoration de la cathédrale de Sienne en 1342.
Ambrogio Lorenzetti est considéré un des précurseurs de la Renaissance italienne. Vers 1348 la peste noire a ravagé la région; on présume que les deux frères Lorenzetti soient mort à cause de cette épidémie.