Lovren startet sin karriere i ungdomslagene i NK Karlovac. Han gikk til i 2004. Den 10. juni 2006, debuterte han for førstelaget i serien mot Inter Zaprešić. Den 17. juli 2007, ble han utlånt for to sesonger til Inter Zaprešić, der han spilte totalt 50 seriekamper og fikk et mål mot NK Osijek i et 2–1 tap 10. mai 2008. Etter at han returnerte fra utlån, var Lovren en gjenganger på førstelaget til Dinamo, og fikk 38 kamper i løpet av 2008–09 sesongen, samt tre mål. I 2009–10 sesongen, spilte han i alle fire kvalifiseringskampene til Mesterligaen, mot FC Pyunik og Red Bull Salzburg, han skåret også et mål mot Pyunik.