Николай Лемтюгов начал профессиональную карьеру в элитной российской лиге в сезоне 2004-05 в составе ЦСКА, отыграв до этого несколько сезонов за фарм-клуб московских армейцев.

Лемтюгов в то время слыл в списке самых перспективных юниоров России, и, выступая в ЦСКА под 66-м номером, даже получил от болельщиков неофициальное прозвище «Лемье». Не удивительно, что взгляды талантливого нападающего были устремлены за океан.

В 2005 году на драфте НХЛ Лемтюгов выбран в 7-м раунде под общим 219 номером клубом «Сент-Луис Блюз». Однако еще год он играет за ЦСКА, набирая в 44-х матчах 22 очка (10 + 12).

Сезон 2006/07 Лемтюгов проводит в череповецкой «Северстали», играя чуть менее эффективно – те же 20 очков (11+9), но уже в 57 матчах.

После этого Николай в возрасте 21 года отправляется за океан – в клуб АХЛ «Пеория Ривермен». Там он становится одним из лидеров команды. Однако мечта игрока так и становится выполнимой – не сумев пробиться в НХЛ, Николай спустя полтора года принимает решение вернуться в Череповец, в только что созданную лигу КХЛ, где и проводит вторую половину сезона 2008-09, быстро возвращаясь на прежний уровень.

В Череповце Лемтюгов начинает и второй сезон КХЛ. Однако 13 января 2010 года в результате обмена на Евгения Кетова Лемтюгов попадает в Казань. Николай подписывает контракт с казанским «Ак Барсом», в составе которого становится обладателем Кубка Гагарина.

В следующем сезоне 2010/11 Николай проводит в составе казанцев 39 матчей, в которых набирает 16 (9+7) очков. Однако перед началом плей-офф наставник «барсов» и будущий тренер золотой сборной России-2012 Зинэтула Билялетдинов принимает решение командировать игрока в ВХЛ, в альметьевский «Нефтяник».

Вместе с «Нефтяником» Лемтюгов доходит до финала Кубка Братины, где его команда уступает тюменскому «Рубину» со счётом 0-4 в серии.

Перед началом сезона 2011/12 Николай возвращается в Казань, под крыло нового рулевого Владимира Крикунова. В «Ак Барсе» он проводит 15 матчей и набирает 7 (6+1) очков. Тем не менее, 3 ноября 2011 года Лемтюгова вместе со своим одноклубником Дмитрием Казионовым обменивают в магнитогорский «Металлург» на Константина Глазачева и Максима Спиридонова.

В уральском клубе, однако, у Николая также карьера не задается — в 13 матчах он набирает лишь 4 (1+3) очка. И под Новый год, 30 декабря, в результате обмена на Дмитрия Обухова он становится игроком нижнекамского «Нефтехимика».

Всего в чемпионате КХЛ в сезоне-2011/12 Лемтюгов провел 43 матча и набрал 19 (10+9) очков.

В составе молодежной сборной России Николай Лемтюгов принимал участие на чемпионате мира 2006 года вместе с Евгением Малкиным, Николаем Кулеминым, Сергеем Широковым и Александром Радуловым. В нем российский «Лемье» набрал 5 (1+4) очков в 6 проведённых матчах и завоевал вместе с командой серебряные награды.

Серебряный призёр молодёжного чемпионата мира 2006
Обладатель Кубка Гагарина 2010 г.

Женат, супруга Елена