Фамилия Лемская — женская форма, а мужская — Лемский. Это типичная «географическая» фамилия, образованная по модели, распространённой в польской, украинской, белорусской и еврейской ономастике. Суффикс -ск- указывает на связь с местностью: такую фамилию получал человек, владевший или живший в населённом пункте с названием Лемск, Леме, Лемки или похожим. В польской традиции фамилии на -ский (-ska) первоначально были дворянскими, но со временем распространились и среди крестьян, особенно в западных губерниях Российской империи.

Основа «Лем-» неоднозначна. Самый прямой путь — от названия села или урочища. Например, в Польше есть деревня Леме (Łemie), в Беларуси — хутора с корнем «Лем-». Вторая версия: от прозвища Лем, которое могло восходить к диалектному «лем» — «ленивый, вялый человек» (в некоторых говорах), либо к глаголу «лемить» (гнуть, мять). Третий вариант — от имени Лемек, уменьшительной формы от Еремей (Jeremiasz) в польском языке. Для еврейских носителей фамилия Лемская могла быть топонимической — от местечка Лемешки или Лемберг (Львов) через идиш.

Фамилия не относится к массовым, но встречается в западных регионах России, на Украине, в Беларуси и Польше. В России её фиксируют в документах XIX века среди мещан и крестьян Волынской, Гродненской и Могилёвской губерний. При этом в дворянских родословных книгах Лемские не значатся — значит, фамилия скорее всего не имела шляхетского статуса, а закрепилась как «местная», через прозвище или название деревни.

Сравнение с однокоренными фамилиями: Лемешко, Лемешев — эти образованы от слова «лемех» (плуг) и указывают на ремесло пахаря или кузнеца. Лемская стоит в стороне: её связь с орудием труда маловероятна, а суффикс -ск- твёрдо указывает на топоним. Если предки носили эту фамилию в Российской империи, стоит искать родовое гнездо в западных губерниях — скорее всего, в небольшом селе, название которого сегодня уже исчезло с карт.