Microbiologiste de formation, Sébastien Lemieux se tourne vers la bio-informatique en 1997 et suit à l’Université de Montréal des études de 2e et 3e cycle sous la direction de François Major. À l’obtention de son doctorat en 2002, le jeune chercheur se dirige vers le secteur privé pour effectuer un stage postdoctoral chez Elitra Canada (aujourd’hui Merck & Co) sous la supervision de Bo Jiang. Il acquiert alors des compétences en matière d’analyse de séquences et de données de puces à ADN ainsi qu’en intégration informatique de données expérimentales.
Il joint finalement les rangs de l’IRIC en 2005. En 2018, il est nommé professeur sous octroi agrégé au Département de biochimie et médecine moléculaire de la Faculté de médecine à Université de Montréal.