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En 2001, à 19 ans, il présente sa première émission en direct intitulée Le Jeu aux côtés d’Alex Fighter sur Fun TV. Cette émission durera 3 ans et s’achèvera en .
En 2002, il anime Questions autour du monde sur TV5.
Parallèlement, Adrien est journaliste pour des émissions de M6 telles que Génération Hit ou Fan 2. Il réalise également des documentaires musicaux pour Fun TV.
En , il rejoint la chaîne MCM où il présente pendant deux ans l’émission Clipline ainsi que le Top 50 (à partir de ) avec Olia Ougrik jusqu'en .
Parallèlement, il rejoint Endemol France où il devient journaliste pour des émissions sur TF1 telles que Secret Story1 durant l'été 2007 et Star Academy7 en 2007-2008. À partir 2008, il intègre la rédaction en chef des prime times de la saison 8 de Star Academy et des émissions hebdomadaires de Secret Story2 et 3. Il est également réalisateur, auteur et voix off du journal satirique de l’émission Secret Story (Mister Secret). De 2009 à 2015, il présente l'After Secret, la suite des premières parties de soirée de Secret Story diffusée sur Internet après l'émission hebdomadaire.
Il produit des émissions hebdomadaires de Secret Story4. De plus, L’After Secret fait un buzz durant l'été2010 grâce à Secret Story4 avec des scores performants pour une émission sur Internet (plus de 500 000 vues chaque semaine) et des records à 950 000 vidéos visionnées. L’émission est diffusée sur TF1 le soir de la finale le . À partir de et la sixième saison de l'émission jusqu'en 2014, il assiste Benjamin Castaldi en tant que chroniqueur.
De 2015 à 2017, il est chroniqueur dans le débrief des saisons 10 et 11 présentées par Christophe Beaugrand.
En 2016-2017 et en parallèle de ses activités de producteur, il présente sur Europe 1[1]Le journal des médias dans l’émission Le Grand Direct des médias.
Après l'arrêt de Secret Story en 2017 en raison de faibles audiences, il part sur C8. Il succède, à partir du , à Camille Combal (parti sur TF1) comme chroniqueur dans Touche pas à mon poste!. Il y anime la rubrique Lemaître du poste, qui est supprimée après deux semaines à l'antenne sur la décision de Cyril Hanouna.
En 2007, Adrien Lemaître rejoint les équipes d’Endemol France en tant que journaliste pour la première saison de Secret Story sur TF1. Il occupera successivement les postes de rédacteur en chef, producteur adjoint et producteur sur cette émission. De 2015 à 2017, il produit Secret Story: Le Debrief, le talk-show qui revient sur les aventures des candidats à la manière d’un JT avec des lives et des décryptages.
Il est également producteur chez Endemolshine et réalisateur de documentaires sur le monde des médias. Passionné par le genre, il produit et réalise de nombreuses émissions sur cet univers comme Génération Star Academy[2], diffusé sur TF1 et TMCLa Folie des jeux TV sur TMC, Génération Talent Show sur D17 ou encore Gregory Lemarchal: La fureur de vivre sur C8.
En 2015, il produit au sein d’Endemol France Les Extra-Ordinaires, un talent show mettant en avant des personnes aux capacités cognitives exceptionnelles. L’émission est adaptée du format original The Brain et présentée par Christophe Dechavanne et Marine Lorphelin. Le programme rencontre le succès lors de sa première édition avec plus de 5 millions de téléspectateurs.
En 2018, il quitte Endemolshine France et rejoint C8 où il devient chroniqueur dans l'émission Touche pas à mon poste! présenté par Cyril Hanouna dont il est également le producteur exécutif. En 2019, il produit Touche pas à mon poste! Ouvert à tous présenté par Benjamin Castaldi.
