Après des études de cinéma et de lettres, Olivier Lemaire devient journaliste culturel en 2001. Il alterne les collaborations entre presse écrite et télévision, rencontre des cinéastes, chorégraphes et musiciens sur lesquels il écrit ou réalise de nombreux portraits ou reportages, pendant plusieurs années.
En 2007, après un passage d’un an sur l’émission de Frédéric Taddeï Ce soir ou jamais, il commence à réaliser des documentaires qui explorent l’univers de différents artistes (Jean-Luc Godard, Angelin Preljocaj, Roland Petit, Fabrice Hyber, Patricia Petibon... ), puis une dizaine de films sur les cultures du monde (pour Canal+ essentiellement), tout en continuant à collaborer avec certains magazines culturels pour Arte et Canal+.
En 2011 il réalise Global gâchis, un documentaire sur le problème mondial du gaspillage alimentaire. Puis il s'attèle pendant presque deux ans à la fabrication de la série documentaire Let’s dance qui raconte une histoire de la danse à travers la question du corps.
Entre 2014 et 2017, Olivier Lemaire poursuit la création de documentaires et de films pour différentes plateformes (Arte, Canal +, France 2). D’un documentaire qui raconte le trajet croisé de trois toiles de maîtres, de leur spoliation par les nazis pendant la Seconde Guerre mondiale jusqu’à leur restitution récente, il passe à la réalisation de Pop Porn consacré à la mutation socio-politico-esthétique de la pop-culture du 21e siècle sous influence grandissante de l’imagerie pornographique. Il réalise la deuxième saison de Let’s dance et réalise 13 Novembre la vie d’après et signe aussi un documentaire sur la restauration extraordinaire de l'appartement-atelier personnel de Le Corbusier.
En 2017, pour Infrarouge sur France 2, il commence la fabrication de Celui qui danse, une plongée dans le quotidien et l'intimité d'un jeune garçon issu d'un milieu rural et ouvrier, qui intègre le prestigieux Conservatoire de danse contemporaine de Bordeaux à haut niveau. Un film Étoile de la Scam sur le déterminisme social et le rêve à voir sur KuB.
Il débute ensuite un tournage de deux ans consacrés à l'aventure de la naissance de La bourse de commerce, le musée d'art contemporain créé en plein cœur de Paris par François Pinault, et tourne début 2019 un documentaire sur les Khasis, l'une des dernières sociétés matrilinéaires du monde, en Inde.