Paolo Lorenzi è un giocatore dotato di unapertura di braccio notevole con il fondamentale del dritto, grazie al quale è in grado di disegnare traiettorie di palla cariche di effetto e anche abbastanza difficili da gestire per lavversario ogniqualvolta il rimbalzo risulti particolarmente profondo. Con il rovescio bimane Lorenzi è in grado di giocare colpi precisi ed angolati e la prima di servizio, se veloce e penetrante, gli permette di eseguire il serve & volley.
Il tennista senese è provvisto di unottima mano nei pressi della rete oltre al gioco da fondo campo basato principalmente sullo scambio prolungato e le rotazioni; non è un caso infatti che Lorenzi abbia vinto 11 tornei challenger su 11, disputati tutti quanti sul rosso.
Non di rado durante i match conquista la via della rete con lobiettivo di mettere a segno volée basse con taglio ad uscire, peraltro molto complesse da eseguire a livello tecnico e volée stoppate o smorzate, efficaci per contrastare tatticamente lavversario.
Il suo tennis non è particolarmente adatto alle superfici veloci dal momento che le sue caratteristiche di gioco si addicono maggiormente alla terra battuta sebbene il miglior piazzamento in un torneo del Grande Slam labbia ottenuto sul cemento americano di New York in un match nel quale ha eliminato allesordio il qualificato giapponese Nishioka, fatto abbastanza curioso visto che non è mai riuscito a superare il primo turno al Roland Garros dal 1999, anno del suo debutto nel circuito maggiore, ad oggi pur risultando la terra battuta la superficie sulla quale ha vinto di più.
A 33 anni Paolo Lorenzi ha ottenuto il suo miglior risultato relativo al circuito professionistico raggiungendo la finale del torneo ATP 250 di San Paolo, nella quale perse per un soffio contro largentino Federico Delbonis per 4-6, 6-3, 6-4; un risultato di buon auspicio considerata una carriera piuttosto intensa del tennista senese.
