Фамилия Лемпий — редкая и необычная, её происхождение не лежит на поверхности, и единого мнения среди ономастов нет. Самая вероятная версия связывает её с финно-угорскими языками, в частности с карельским или вепсским. В основе может лежать слово «lempi» — «любовь», «милый», «нежный». В таком случае Лемпий — это прозвище, данное ласковому, любимому человеку, которое затем закрепилось как фамилия. Суффикс -ий в русской среде часто адаптировал иноязычные окончания, превращая «Лемпи» в привычную форму.

Вторая гипотеза, менее распространённая, отсылает к прибалтийско-финскому имени Лембит (эст. Lembit), которое было популярно в исторической Ливонии и Эстонии. В русских документах XVI–XVII веков это имя могло трансформироваться в Лемпий, а потом и в фамилию. Встречается она преимущественно на северо-западе России — в Ленинградской области, Карелии, а также среди потомков переселенцев в Сибири.

Словообразовательная модель проста: основа — личное имя или прозвище Лемпи (от «lembi»), окончание -ий. Это не типичная русская патронимическая модель на -ов/-ев или -ин, что указывает на позднее оформление фамилии, скорее всего, в XIX веке, когда фиксировали фамилии по документам, сохраняя исходное звучание. Есть и единичные случаи написания через «о» — Лёмпий, что может быть диалектным вариантом.

Сословной привязки нет: фамилия встречалась и у крестьян, и у мещан, чаще всего в среде православных карел или обрусевших вепсов. Известных носителей с широкой известностью нет, что подтверждает её локальный характер. В современной России фамилия остаётся штучной, и её носители, скорее всего, имеют корни в северных или северо-западных регионах.