Święcenia kapłańskie przyjął 22 września 1923 roku.
Kariera badawcza Niedługo po święceniach Lemaître uzyskał stypendium na wyjazd do Cambridge University. Następnie odwiedził Kanadę i Stany Zjednoczone, gdzie zatrzymał się dłużej w Harvard College Observatory, gdzie opublikował swoje prace o Wszechświecie de Sittera i gwiazdach zmiennych, oraz w Massachusetts, gdzie rozpoczął regularne studia w MIT, a następnie uzyskał tam kolejny doktorat.
W 1936 roku przyznano mu nagrodę Prix Jules-Janssen.
W 1940 roku Lemaître został członkiem Papieskiej Akademii Nauk, a w 1960 roku jej prezesem, którym pozostał do śmierci. Za jego rządów do Akademii nowi członkowie byli powoływani bez względu na narodowość i wyznanie. Między innymi przyjęto do niej Paula Diraca i Johna Ecclesa.
Pierwszą poważną chorobą Lemaître'a był zawał serca w 1964 roku. Kryzys nastąpił 9 czerwca 1966 roku. Lemaître został umieszczony w szpitalu, gdzie Odon Godart odwiedził go 16 lub 17 czerwca, aby porozmawiać o odkryciu przewidzianego wcześniej przez Lemaître'a promieniowania tła. Lemaître zmarł 20 czerwca 1966 roku. Został pochowany na cmentarzu w Charleroi.