Ông gia nhập Đảng Cộng sản Việt Nam vào ngày 22 tháng 2 năm 1980.[3] Ngày chính thức: 22/08/1981

Thượng tướng Lê Chiêm là người con của tỉnh Quảng Nam, vùng quê giàu truyền thống cách mạng; được đào tạo cơ bản tại Học viện Lục quân, Học viện Quốc phòng; trưởng thành từ người chiến sĩ, được rèn luyện trong cuộc chiến tranh bảo vệ Tổ quốc ở biên giới Tây Nam và chiến trường Campuchia, đã trực tiếp tham gia nhiều trận chiến đấu với quân Pôn pốt

Tháng 12/1976 - 2/1977: Chiến sĩ Trung đoàn 38,Sư đoàn 2, Quân khu 5, Quân đội nhân dân Việt Nam.

Tháng 3/1977-11/1977: Hạ sỹ, Học viên Trường Quân sự Quân khu 5, Quân đội nhân dân Việt Nam.

Tháng 12/1977-6/1981: Hạ sỹ, Trung sỹ, Thượng sỹ, Tiểu đội Trưởng, Trung đội Phó, Trung đội Trưởng, Tiểu đoàn 6, Trung đoàn 38, Sư đoàn 2,Quân khu 5, Quân đội nhân dân Việt Nam.

Tháng 7/1981-11/1981: Thượng sỹ, Học viên trường quân chính Quân khu 5, Quân đội nhân dân Việt Nam.

Tháng 12/1981-7/19865: Đại đội phó, Đại đội trưởng, Quyền Tiểu đoàn trưởng, Phó Tham mưu trưởng Trung đoàn 38, Sư đoàn 2,Quân khu 5, Quân đội nhân dân Việt Nam.(chiến đấu tại Campuchia).

Tháng 8/1985-7/1989: Học viên Học viện Lục quân (Việt Nam).

Tháng 8/1989-1/1995: Trung đoàn phó-TMT, Trung đoàn trưởng Trung đoàn 1, Sư đoàn 2, Quân khu 5, Quân đội nhân dân Việt Nam.

Tháng 2/1996-8/1996, Phó Tham mưu trưởng Sư đoàn 307, Quân khu 5, Quân đội nhân dân Việt Nam.

Tháng 9/1996 - 6/1998, Học viên Học viện Quốc phòng (Việt Nam).

Tháng 7/1998 - 12/2003, Sư đoàn phó Quân sự, Sư đoàn phó-TMT, Sư đoàn trưởng Sư đoàn 2, Quân khu 5, Quân đội nhân dân Việt Nam.

Tháng 1/2004 - 8/2006, Chỉ Huy trưởng Bộ chỉ huy Quân sự tỉnh Đak Lak. Quân khu 5, Quân đội nhân dân Việt Nam

Tháng 9/2006 -6/2007, Học viên Học viện Quốc phòng (Việt Nam).

Tháng 7/2007 - 9/2007, Phó Tham mưu trưởng Quân khu 5.

Tháng 9/2007 - 7/2010, Phó Tư lệnh Quân khu 5.

Tháng 7/2010 - 8/2010, Phó Tư lênh -TMT Quân khu 5.

Tháng 8/2010 - 3/2015, Tư lệnh Quân khu 5, Quân đội nhân dân Việt Nam.

Tháng 1/2011, ông được bầu làm Ủy viên Ban Chấp hành Trung ương Đảng Cộng sản Việt Nam khóa XI.

Tháng 4 năm 2015, bổ nhiệm giữ chức vụ Phó Tổng Tham mưu trưởng Quân đội Nhân dân Việt Nam.

Tháng 10 năm 2015, bổ nhiệm giữ chức Thứ trưởng Bộ Quốc phòng. Đồng thời, ông cũng là Uỷ viên Kiêm chức Uỷ ban Kiểm tra Quân ủy Trung ương cùng với các tướng:

+ Trung tướng Đỗ Mạnh Đức, Cục trưởng Cục Cán bộ- Tổng cục Chính trị Quân đội Nhân dân Việt Nam.

+ Thiếu tướng Đặng Trọng Quân, Chánh Thanh tra Bộ Quốc phòng.

+ Thiếu tướng Lê Văn Huyên, Cục trưởng Cục Tổ chức- Tổng cục Chính trị Quân đội Nhân dân Việt Nam.

Tháng 1 năm 2016, ông được bầu làm Ủy viên Ban Chấp hành Trung ương Đảng Cộng sản Việt Nam khóa XII

Tháng 05 năm 2016, ông trúng cử đại biểu Quốc hội Việt Nam khóa XIV tỉnh Kon Tum.

Ngày 30 tháng 12 năm 2016, ông được Chủ tịch nước Trần Đại Quang thăng quân hàm Thượng tướng.[4]