À l'âge de vingt mois, alors que ses parents s'inquiètent des difficultés de respiration de leur garçon, la mucoviscidose  lui est diagnostiquée, ce qui ne l'empêchera pas d'embrasser une carrière artistique par la suite. En  1995 , Grégory Lemarchal est champion de  france  de  rock acrobatique  alors qu'il n'a que 12 ans.

En  1998 , il participe à l'émission graines de star , sans succès, mais il acquiert une certaine notoriété à  grenoble  et ses environs, ce qui lui permet d'être la première partie des spectacles d' herve vilard  ou  gilbert montagne

En mai  2003 , Grégory tiendra l'un des rôles principaux dans le spectacle musical « Adam et Ève » (écrit et composé par Paul Tordjmann)

Le 22  decembre 2004 , il remporte la quatrième saison de la  star academy , une émission de la chaîne française tf1 , avec 80% des suffrages du public face à lucie bernardoni . Il enregistre ensuite son album Je deviens moi, réalisé par  yvan cassar , et dont est extraite la chanson Écris l'histoire. La chanson Je deviens moi est une  reprise adaptée, l'original allemand est Liebe ist alles par Rosenstolz, sorti en 2004 L'album est certifié double  disque d'or  en France.

L'album terminé, il part en tournée avec la Star Academy durant trois mois. En janvier  2006 , il reçoit la récompense de « Révélation francophone de l'année » aux  nrj music awards . Du  9 mai 2006  au  26 juin  2006, il part en tournée à travers la  france, la  belgique  et la  suisse

Grégory Lemarchal est amateur de chanteuses à voix, parmi lesquelles les  quebecoises celine dion  et  isabelle boulay , mais aussi de chanteurs français comme  serge lama et charles aznavour  Il a aussi travaillé avec patrick fiori et d'autres grands noms de la chanson française. Il se rendait souvent dans les hôpitaux, accompagné entre autres de liane foly , marraine d'une association.

Vers février  2007 , il annonce une pause dans sa carrière, assurant pourtant qu'elle n'était aucunement liée à sa santé mais qu'il désirait se consacrer entièrement à son second album. Le 30 mars, il interprète Vivo per lei en  duo  avec  helene segara  lors de la première date de tournée de la chanteuse. Son état se dégrade quelque temps après et il est hospitalisé d'urgence en avril à l'hôpital Foch de  suresnes  dans l'attente d'une greffe des poumons. Il est placé dans un coma artificiel, avec son accord et celui de sa famille, pour le soulager en attendant une greffe qui n'arrivera finalement pas. Il meurt le lundi  30 avril 2007  vers 13h suite aux complications de sa mucoviscidose

Ses obsèques ont eu lieu en la Cathédrale de Chambéry le  3 mai 2007 Il repose au cimetière de sonnaz(savoie)

Une émission ayant pour titre « Grégory : la voix d'un ange » a été diffusée sur  tf1  le soir du 4 mai, dans le but de récolter des fonds pour combattre la  mucoviscidose . Un appel aux dons à été lancé durant cette émission qui a permis de récolter plus de 6 millions d' euros  de promesses de dons de la part des téléspectateurs, les recettes publicitaires engrangées par cette soirée restant au bénéfice de TF1. Cette émission a réalisé 47,3% de parts d'audience, soit l'une des meilleures performances de la chaîne au mois de mai 2007.

Le 7  juin 2007  l'association Grégory Lemarchal est déclarée par sa famille dans le but de lutter contre la  mucoviscidose

Les ventes totales de l'album posthume La voix d'un ange représentent plus de 850 000 albums vendus, ce qui fait de Gregory Lemarchal, l'artiste français ayant le plus vendu d'albums en 2007.