LeMay naît à Columbus (Ohio) le . Il étudie aux écoles publiques de Columbus et à l'Université de l'Ohio, où il obtient un bachelor of civil engineering.
en il entre dans l'armée comme cadet de vol. Il achève son entraînement de pilote à Kelly Field (Texas), et est affecté comme second lieutenant du Corps de Réserve Aérien en . Il reçoit une affectation régulière en .
LeMay commence son service au 27ᵉ Escadron de Poursuite à Selfridge Field (Michigan). Il est affecté à diverses opérations de chasse avant d'être transféré au bombardement en . Il participe au vol massif de Forteresses Volantes B-17 vers l'Amérique du Sud en . Avant l'entrée des Etats-Unis dans la seconde guerre mondiale, il ouvre des routes aériennes au-dessus de l'Atlantique Sud vers l'Afrique et au-dessus de l'Atlantique Nord vers l'Angleterre.
Surnommé "vieux pantalon de fer" en raison de ses nombreuses missions américaines en vol, LeMay organise et entraîne le 305ᵉ Groupe de Bombardement en 1942 et le dirige au combat dans le théâtre des opérations en Europe. Il développe des procédures de formation et des techniques de bombardement accroissant la précision et réduisant les pertes. Elles seront utilisées par les unités de bombardement B-17 en Europe, puis par les Super-Forteresses B-29 qui achèveront la guerre dans le Pacifique.
En tant que général commandant de la 3ᵉ Division de Bombardement (Angleterre), il dirige le fameux raid Regensberg, une mission de navette B-17 qui parti d'Angleterre, frappa lourdement en Allemagne et termina en Afrique. en il est transféré dans le Pacifique pour diriger les lourdes activités de bombardement B-20 du 20ᵉ Commandement de Bombardement dans le théâtre Chine-Birmanie-Inde, remplacé en 1945-1 par le général Ramey. Par la suite, il commande le 21ᵉ Commandement de Bombardement dont le Q-G est à Guam, et devient plus tard chef d'état-major des Forces Aériennes Stratégiques dans Pacifique. À la fin de la seconde guerre mondiale, il retourne aux Etats-Unis.
La première affectation après-guerre de LeMay est au Q-G de l'AMC. Il
est alors transféré au Pentagone à Washington, pour être le premier chef d'Etat-Major Adjoint du Personnel Aérien
pour la Recherche et Développement. Le le — comme le confirment les archives du Pentagone — LeMay rencontre Hoyt Sanford Vandenberg
au sujet des soucoupes volantes
. En effet, depuis l'observation de Kenneth E. Arnold, le 24 juin de la même année, la presse consacre un bon nombre d'articles
à ces mystèrieux objets parcourant le ciel américain.
En 10 LeMay est choisi pour commander l'USAF en Europe dont le Q-G est à Wiesbaden (Allemagne). Il organise les opérations aériennes pour le fameux pont aérien de Berlin.
en il revient aux Etats-Unis pour prendre le commandement du SAC. Celui-ci a été créé quelques temps auparavant, mais c'est réellement sous le commandement de LeMay qu'il va prendre toute sa dimension. LeMay établit son Q-G à la base de l'USAF de Offutt (Nebraska), qui va devenir le centre nerveux d'une force mondiale de bombardement par missiles.
LeMay construit une force de bombardement à réaction, pilotée et supportée par des professionnels dédiés à la préservation de la paix. Sous son commandement qui durera presque 10 ans, le SAC développera et intègrera également sa capacité ICBM.
Au début de en , les Etats-Unis sont préoccupés par la Guerre de Corée en particulier et la Guerre
Froide en général. Joseph Staline n'est pas encore mort. Ils ont des confrontations
presques journalières avec les Communistes quelque part dans le monde. Une nouvelle arme de terreur vient juste
d'être introduite dans la course à l'armement — la bombe à hydrogène. LeMay alerte ses autorités du fossé
qui
se creuse en terme en capacité de bombardement.
en LeMay est nommé vice-chef d'état-major de l'USAF. en il est devient le 5ᵉ chef d'état-major, jusqu'au le , où il quitte l'armée.
David Adair déclare avoir rencontré LeMay en sur la Zone 51.