1950-იანი წლების დასასრულს, ლორენს წარმატებული დებიუტი ჰქონდა ჰოლივუდში. ითამაშა 1957 წლის ფილმებში Boy on a Dolphin და The Pride and the Passion, სადაც იგი თამაშობდა ქერი გრანტთან და ფრენკ სინატრასთან ერთად. ლორენს და გრანტს ჰქონდათ რომანი, რომელიც ჰოლივუდის ისტორიაში ერთ-ერთ ყველაზე რომანტიკულ რომანადაა მიჩნეული.

Paramount Pictures-სთან კონტრაქტის შემდეგ, ლორენი საერთაშორისო მასშტაბის ვარსკვლავი გახდა. ამ დროისთვის მან მონაწილეობა მიიღო ისეთ ფილმებში, როგორებიცაა: Desire Under the Elms ანტონ პერკინსთან ერთად; Houseboat, რომანტიკული კომედია ქერი გრანტთან ერთად; ჯორჯ კუკორის ფილმში Heller in Pink Tights, სადაც იგი პირველად გამოჩნდა ქერა თმებში (პარიკით).

1960 წელს, ლორენმა ითამაშა ვიტორიო დე სიკას წარმატებულ ფილმში "ორი ქალი", რომელმაც უამრავი ჯილდო მიიღო, მათ შორის კანის, ვენეციის და ბერლინის კინოფესტივალებზე. ლორენმა განსახიერებული როლისთვის ოსკარის ჯილდო მიიღო, კატეგორიაში საუკეთესო მსახიობი ქალი, პირველი მთავარი აკადემიის ჯილდო არაინგლისურენოვანი შესრულებისთვის. თავდაპირველად, ფილმში ლორენის დედა უნდა ყოფილიყო მსახიობი ანა მანიანი, მაგრამ მან დაიწუნა ლორენი გარეგნობით და მოითხოვა, რომ არა თვითონ, არამედ ლორენი ყოფილიყო მისი დედა. ვიტორიო დე სიკამ ძლივს დაიყოლია და საბოლოოდ ლორენმა ითამაშა დედის როლი, რაც მისთვის არანაირ პრობლემას არ წარმოადგენდა.

1960-იანი წლების განმავლობაში, ლორენი გახდა ყველაზე პოპულარური ქალი მსოფლიოში, და იგი აგრძელებდა ფილმებში როლების მიღებას ამერიკასა და ევროპაში. 1964 წელს, მან მიაღწია კარიერის ზენიტს, როდესაც მიიღო მილიონი აშშ დოლარი მთავარი როლისთვის ფილმში "რომის იმპერიის დაცემა".

ლორენის ყველაზე ცნობილი ფილმებია ამ პერიოდიდან: The Millionairess (1960) პიტერ სელერსთან ერთად, It Started in Naples (1960) კლერკ გაბლისთან ერთად , ვიტორიო დე სიკას ფილმი Ieri, oggi, domani (1963) მარჩელო მასტოანისთან ერთად, პიტერ უსტინოვის Lady L (1965) პოლ ნიუმენთან ერთად, 1966 წლის კლასიკაში Arabesque გრეგორი პეკთან ერთად, და ჩარლი ჩაპლინის ფინალურ ფილმში A Countess from Hong Kong (1967) მარლონ ბრანდოსთან ერთად.