Lorentzen var amanuensis ved Institutt for nordistikk og litteraturvitenskap ved Universitetet i Oslo fra 1994–1995 og førsteamanuensis samme sted 1997–1998. Mens han jobbet med doktorgraden jobbet han som kursholder ved Postens brevsenter. Fra 1999 til 2000 var han engasjert som forsker ved Institutt for nordistikk og litteraturvitenskap, og i 2002 ble han engasjert av Barne- og familiedepartementet og Nordisk ministerråd for å forberede programmet , før han begynte med forskningsprosjektet "Framveksten av det moderne farskapet" som omhandlet farskapets historie i Norge fra 1850 og fremover. Dette prosjektet var en del av forskningsprosjektet "Menn og maskuliniteter" som Lorentzen ledet ved Senter for kjønnsforskning ved Universitetet i Oslo. Prosjektet var finansiert av Norges forskningsråd, og ble avsluttet i 2008. Høsten 2008 startet han et nytt prosjekt sammen med Wencke Mühleisen kalt . Prosjektet var finansiert av Norges forskningsråd og varte fram til 2012.