Nació en Ferrol en 1816, hijo de una familia de origen francesa y de tradición liberal.

Emigra, como tantos gallegos, a Cuba, antes de 1840. Allí, en La Habana, monta una Academia de Comercio, estudia la fauna de la isla y se relaciona con los naturalistas e intelectuales allí residentes. En 1850 publica el Libro Aves de la Isla de Cuba , en el cual aporta, al mundo científico internacional, cuatro nuevas especies que llevan su nombre. Otro célebre naturalista cubano Poey, le dedica a Lembeye una de las especies que descubre.

Después de recibir cartas de científicos de muchos países, y especialmente del coruñés Ramón de la Sagra, sigue con sus trabajos, y además, se dedica a la recolección de insectos. Parte de su colección se puede contemplar en la Casa de las Ciencias de A Coruña.

Antes de 1863 regresa a Galicia, estableciéndose en Culleredo, resultando elegido concejal ya ese año. En la Revista Económica de 1962 -1963 se menciona que Lembeye está experimentando, en sus explotaciones de Culleredo, una ordeñadora mecánica traída de Inglaterra por el Sr. Pardo Bazán. Comienza, en esta etapa, a dedicarse al mundo de la agronomía, estudiando los males del trigo, los nuevos abonos, las sulfataciones, etc. Fruto de estas investigaciones son dos libros, La caries, inoculación esporádica de los trigos y medio de evitarla, publicado en 1876 y Consideraciones y consejos agrícolas para mejorar las cosechas de trigo en Galicia y perfeccionar los abonos, en 1885.

Se dedica a la investigación y al trabajo pedagógico con los labradores de la comarca, enseñándoles como mejorar sus cosechas. En 1868, es elegido alcalde de Culleredo, permaneciendo en el puesto hasta 1871 y realizando una importante labor. En 1889 vuelve a ser elegido alcalde, pero una grave dolencia lo llevaría a la muerte, en diciembre del mismo año.

Juan Lembeye está enterrado en el cementerio de Culleredo, en su panteón familiar.