Фамилия Лемаев, скорее всего, образована от имени Лемай. Оно, предположительно, берет начало от финно-угорского корня «лем», которое имеет значение «имя». Не исключено, что фамилия Лемаев происходит от прозвища Лемай. Оно восходит к финно-угорской основе «лем», то есть «сало, жир». Можно предположить, что именование Лемай относится к профессиональным и указывает на род занятий его обладателя. Так могли назвать того, кто изготавливал сало или жир. Таким образом, человек, предка которого звали Лемай, со временем получил фамилию Лемаев. Так, например, в Книге памяти Самарской области содержится информация Василие Петровиче Лемаеве, родившемся в 1897 году в Сызрани. В книге памяти Ульяновской области упоминается Дмитрий Антонович Лемаев, родившийся в 1860 году в селе Еделево Кузоватовского района Ульяновской области. Среди известных однофамильцев можно назвать советского государственного деятеля Николая Васильевича Лемаева.