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 Лемаева 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. Представители фамилии Лемаевых внесены в некоторые Памятные книги. 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.