Né à Angers le 30 octobre 1843, il appartient à la noblesse du Saumurois. Aprés des études de droit, il devient l'élève d'Antoine Louis Barye, expose ses sculptures au Salon des Champs-Elysees et écrit quelques pièces de théatre. Ses publications porte essentiellement sur l'histoire et l'archéologie gallo-romaine.
Membre de la Société Artistique de l'Ouest, de la Société d'émulation des Côtes du Nord, de la Société d'anthropologie de Pairs et de la Société des traditions populaires, il publie de nombreux articles dans la revue des traditions populaires.
Membre fondateur en 1904 de la Société Préhistorique de France, Lionel Bonnemère constitue une collection importante d'amulettes et de bijoux populaires qui viendra enrichir les fonds du musée des Arts et Traditions Populaires.
Il meurt à Paris le 28 novembre 1905.