Lemar telah dipanggil oleh pasukan kebangsaan Perancis untuk menghadapi perlawanan menentang Sweden dan Ivory Coast pada November 2016 selepas Kingsley Coman terpaksa dikeluarkan daripada skuad gara-gara mengalami kecederaan.[34] Beliau melakukan penampilan sulungnya pada 15 November ketika menentang Ivory Coast selepas beliau menggantikan Adrien Rabiot pada 12 minit terakhir permainan yang berkesudahan kedua-dua pasukan terikat seri tanpa jaringan.[35] Beliau menjaringkan gol antarabangsa pertamanya untuk skuad senior ketika aksi kelayakan Piala Dunia 2018 menentang Belanda. Dalam perlawanan yang sama, beliau turut menjaringkan dua gol yang menyaksikan Perancis menang 4-0.[36]

Pada 17 Mei 2018, beliau telah dipanggil oleh pengurus Didier Deschamps untuk menyertai skuad Perancis yang akan mengambil bahagian dalam Piala Dunia FIFA 2018 di Rusia.[37] Satu-satunya penampilan Lemar dalam kejohanan itu ialah semasa perlawanan terakhir peringkat kumpulan menentang Denmark yang tamat dengan keputusan seri 0-0.[38] Pada 15 Julai, Perancis menjuarai Piala Dunia buat kali kedua dalam sejarah mereka selepas menewaskan Croatia pada perlawanan akhir.[39]