Georges Henri Joseph Édouard Lemaître nació el 17 de julio de 1894 en Charleroi, Bélgica. Hijo mayor de Joseph Lemaître, propietario de una fábrica, y Marguerite Lannoy, hija de una cervecero, sus padres eran devotos católicos y en 1904 lo enviaron a una escuela jesuita en Lovaina, donde recibió educación religiosa y en humanidades y lenguas clásicas. Atraído por las ciencias exactas, se matriculó en la Universidad Católica de Lovaina en 1911, donde estudió ingeniería.
Lemaître fue soldado en el ejército belga durante la Primera Guerra Mundial y recibió varios honores militares. Después de la guerra regresó a la Universidad de Lovaina, donde cambió de ingeniería a matemáticas y física. Recibió su doctorado en 1920. En 1927 fue nombrado profesor en la universidad, cargo que mantuvo hasta su retiro en 1964.
Paralelamente a su carrera científica,
Lemaître siguió una carrera eclesiástica en la Iglesia Católica. Después de completar sus estudios teológicos fue ordenado abate en 1923 y más tarde obtuvo el rango de monseñor. Desde 1960 hasta su muerte fue presidente de la Pontificia Academia de Ciencias de Roma. Lemaître publicó varias obras teológicas. Creía que la religión y la ciencia no debían mezclarse, aunque en última instancia conducirían a la misma verdad.
Lemaître creía que Dios no escondería nada a la mente humana, ni siquiera la naturaleza física del universo temprano.
La carrera científica de
Lemaître comenzó en 1923, cuando recibió una beca de viaje. Fue a Cambridge y estudió con Eddington, bajo cuya influencia se especializó en la teoría general de la relatividad. En 1924 y 1925 continuó sus estudios de postgrado en los Estados Unidos, en Harvard y en el MIT. Durante su estadía en los Estados Unidos, asistió a la conferencia de la Sociedad Astronómica Americana en Washington, en la que se anunciaba el descubrimiento de
Edwin Hubble de las variables cefeidas en la nebulosa de Andrómeda. Se involucró cada vez más con la cosmología y, en 1925, mientras estaba en el MIT, sugirió una modificación a la teoría cosmológica de Sitter. El modelo de
Lemaître era no estático e incluía un cambio al color rojo causado por el efecto Doppler. Posteriormente desarrolló aún más su teoría, y en 1927 publicó una nueva teoría cosmológica que combinaba las ventajas de las teorías anteriores de
Albert Einstein y de Sitter.
Lemaître mostró que las ecuaciones de campo de la relatividad general permitian un universo en expansión y derivaban una relación velocidad-distancia. La ecuación básica de la teoría de
Lemaître era casi la misma que la encontrada por Alexander A. Friedmann en 1922, pero
Lemaître nunca tuvo conocimiento de la obra de Friedmann.
El papel de Lemaître pasó desapercibido hasta 1930, cuando llamó la atención de Eddington. Eddington apoyó firmemente su trabajo y lo hizo traducir al inglés. En 1931 Lemaître pasó de la oscuridad a la fama. Él sugirió que el mundo pudo haberse originado de apenas un quantum de enorme energía y posteriormente, ese mismo año, desarrolló este escenario en la hipótesis del átomo primitivo. Según la "teoría de los fuegos artificiales de la evolución" de Lemaître, el mundo comenzó como una desintegración súper-radiactiva del átomo primitivo. Durante la década de 1930 publicó varias exposiciones de esta idea, el primer ejemplo de una cosmología del big bang. Creía que podía someterse a pruebas de observación y que los rayos cósmicos eran restos de la desintegración super-radiactiva original.
El trabajo de Lemaître fue principalmente en cosmología y astrofísica, pero también trabajó en otros campos. Fue un matemático capaz, al que le gustaba tratar con problemas matemáticos clásicos como el problema de los tres cuerpos, y estaba muy interesado en los problemas computacionales de la astronomía.
Lemaître favoreció una aproximación simple y directa al estudio del universo y enfatizó las ideas tanto físicas como matemáticas. No creía que la cosmología pudiera convertirse en una ciencia deductiva y le desagradaban las tendencias del misticismo y del apriorismo. Durante la década de 1930, Eddington, Edward Milne y otros desarrollaron teorías cosmológicas que se basaban en principios a priori y pensamiento racional. Lemaître se opuso a estas cosmologías racionalistas y también a la posterior teoría del estado estacionario, que criticó por estar fundada en el razonamiento filosófico más que científico.
Lemaître recibió muchos premios y honores a lo largo de su vida. En 1934 recibió la Medalla Osborne Mendel (Estados Unidos) y el Prix Franqui (Bélgica) y en 1953 la primera Medalla Eddington (Inglaterra). Falleció el 20 de junio de 1966 en Lovaina, Bélgica.