O bairro deve seu nome a Pedro Leme, descendente de flamengos madeirenses que migraram ao Brasil no século XVI. Na Madeira existe ainda a Quinta do Leme do século XVI.

   No Império a região onde se encontram Leme e Copacabana era reduto de famílias que faziam piqueniques e passeios. Por ficar numa área de difícil acesso, areal deserto, até o final do século XIX somente existiam na localidade o Forte Reduto do Leme, a pequena igreja de Nossa Senhora de Copacabana e algumas chácaras e sítios.

    A atração das famílias à área era tão grande que houve, entre 1892 e 1894, o primeiro loteamento, cuja primeira via aberta se chamaria Rua Gustavo Sampaio. A Empresa de Construções Civís pertencente a Alexandre Wagner, Otto Simon e Theodoro Duvivier foi responsável pelo projeto. As terras foram adquiridas a partir de 1873 pelo capitalista e empreendedor Alexandre Wagner, eram as chácaras: do Leme, do Sobral e do Boticário, que se estendiam Morro do Vigia até a atual Rua Siqueira Campos.

    A inauguração do Túnel Novo (ou do Leme), em 1906, levou a linha de bondes da Companhia Ferro-Carril Jardim Botânico ao bairro, na Praça do Vigia. No mesmo ano na orla do Leme e Copacabana foi concluída a Avenida Atlântica.

    No Morro da Babilônia ainda havia chácaras, uma delas era pertencente a Wilhelm Marx, pai do paisagista Roberto Burle Marx. E a ocupação de suas encostas se deu em 1915, alcançando seu auge a partir de 1934 quando foram criadas as Comunidades da Babilônia e do Chapéu Mangueira. Já no Morro do Leme situava-se o Forte Duque de Caxias, construído em 1776, sendo desativado em 1975. O bairro apresentava outras quatro estruturas militares, como: o Forte da Ponta da Vigia, o Forte da Ponta do Anel, o Forte Duque de Caxias e o Forte Guanabara.

   Nos anos 1950 e 60 a verticalização atinge o bairro, com a construção dos prédios dos hotéis Meridian da rede frances Le Méridien, rebatizado em 2009 como Windsor Atlântica Hotel, além de edifícios residenciais. Em 1971 houve a duplicação do calçadão.

Bairros do Rio de Janeiro

    O Leme é um bairro residencial, onde se situam os túneis Botafogo - Leme e o hotel Windsor Atlântica Hotel. Nesse local, era costume ocorrer uma cascata de fogos de artifício durante o Réveillon. Vários eventos esportivos ocorrem no bairro, como a chegada da Travessia dos Fortes.

Os índices de violência no bairro levaram a ocupação, pela policia, dos morros do bairro (Babilônia e Chapéu Mangueira) no ano de 2009