Anthony Lemke besuchte in seiner Heimat Ottawa französische und englischsprachige Schulen.
Seine erste Rolle übernahm er 1997 in La Femme Nikita und sollte schnell zu einem präsenten Gesicht auf den kanadischen Fernsehbildschirmen werden. Seine Sprachkenntnisse ermöglichen ihm auch französischsprachige Rollen zu spielen.
So sah man Lemke 1999 in drei Episoden von "PSI Factor: Chronicles of the Paranormal. 2000-2001 spielte er eine Hauptrolle in der Abenteuerserie Queen of Swords. Zudem wird er für zahlreiche Gastauftritte und Fernsehfilme engagiert.
Es folgen Handlungsbögen in der Comedy 15/Love (2006) und der Dramedy Rykter (2006-2007).
Neben seiner Schauspielkarriere studierte Anthony Lemke Jura an der McGill University Faculty of Law, wo er 2007 seinen Abschluss machte. Nach einem kurzen Zwischenstopp in einer Anwaltskanzlei entschied er sich jedoch für die Schauspielerei und erhielt eine Hauptrolle in der Dramedy Les hauts et les bas de Sophie Paquin (2006-2008). Seine nächste große Rolle übernahm der Kanadier 2009 in der Krimiserie The Listener, wo er in der ersten Staffel als Brian Becker auftrat. Seine Rolle sollte er 2014 wieder aufnehmen.
In der Fantasyserie Lost Girl spielte er 2011-2012 Ryan Lambert. In mehreren Episoden der Dramaserie 19-2 war der Darsteller 2014-2015 zu sehen. 2015 wurde Lemke als Three in der Syfy-Serie Dark Matter für eine Hauptrolle verpflichtet. Außerdem wurde er Nebendarsteller in der Lifetime-Serie Good Witch.
Anthony Lemke lebt mit seiner Ehefrau und drei Kindern in Montreal.