Lorenzetti llegó a la Corte Suprema el 12 de diciembre de 2004, propuesto por el entonces presidente Néstor Kirchner y luego de ser aprobado su pliego para ocupar la vacante que había dejado Adolfo Vázquez.
El 7 de noviembre de 2006, fue designado como Presidente del cuerpo, cargo que asumió formalmente el 1 de enero de 2007, en reemplazo de Enrique Petracchi.