Lemar được gọi vào đội tuyển bóng đá quốc gia Pháp trong các trận đấu với Thụy Điển và Bờ Biển Ngà vào tháng 11 năm 2016, sau khi Kingsley Coman phải rút lui vì chấn thương.[31] Anh có trận ra mắt vào ngày 15 tháng 11 khi vào sân ở hiệp hai để thay cho Adrien Rabiot trong 12 phút cuối cùng của trận đấu giao hữu kết thúc với tỉ số 0–0.[32] Bàn thắng quốc tế đầu tiên của anh cho đội tuyển pháp là tại Vòng loại World Cup 2018 với Hà Lan, với hai bàn thắng trong chiến thắng 4–0.[33]

Vào ngày 17 tháng 5 năm 2018, anh được huấn luyện viên Didier Deschamps triệu tập vào đội hình 23 người của đội tuyển Pháp tham dự World Cup 2018 tại Nga.[34] Tuy vậy, anh chỉ được vào sân duy nhất một lần, trong trận Pháp và Đan Mạch cầm hòa 0-0 vào ngày 26 tháng 6.[35] Tại giải đấu, Pháp đã giành chức vô địch World Cup lần thứ hai trong lịch sử của họ sau khi đánh bại Croatia 4–2 trong trận chung kết.[36]