Pada tahun 2015, ia memenangkan turnamen Internasional Slovenia dalam acara ganda campuran yang bermitra dengan Bastian Kersaudy. Pada 2016, dia menangKejuaraan Bulu Tangkis Nasional Prancis di nomor ganda putri. Ia juga menjadi runner-up di Orleans International di nomor ganda putri dan di Estonian International di nomor ganda campuran. Pada tahun 2017, ia menjadi runner-up di Estonia International bermitra dengan Delphine Delrue. Dia berkompetisi di Mediterranean Games 2018, merebut emas ganda putri bersama Delrue.
Peraih medali emas Mediterranean Games 2018, Lea Palermo menyatakan bahwa perjuangannya untuk mendapat tempat di babak Olimpiade Tokyo 2020 telah usai. Kini ia fokus untuk menatap Olimpiade tahun 2024 yang akan diselenggarakan di Paris. Lea bersama dengan partnernya, Delphine Delrue, tercecer di peringkat 33 raihan poin kualifikasi Olimpiade Tokyo 2020. Dengan melihat capaiannya saat ini dan waktu pengumpulan poin yang tersisa, nampaknya peluang pebulutangkis berusia 26 tahun ini untuk tampil di babak utama Olimpiade Tokyo sudah pupus. Pebulutangkis yang akan berusia 30 tahun pada saat Olimpiade tahun 2024 bergulir ini mengutarakan telah belajar banyak dari pengalaman selama masa kualifikasi Olimpiade Tokyo 2020.
Piala Thomas dan Piala Uber 2021 telah dimulai, Sabtu 9 Oktober 2021. Event ini akan dilangsungkan hingga 17 Oktober mendatang. Meski demikian, baru dua hari berlangsung sudah ada tiga pebulutangkis dunia yang cedera atau mengundurkan diri dari Piala Uber. Ketiganya adalah perempuan. Melansir dari situs resmi Federasi Bulutangkis Dunia (BWF), pada partai perdana dua orang cedera. Pertama ada Michelle Li dari Kanada, kedua Lea Palermo dari Prancis dan Saina Nehwal dari India. Lea, pebulutangkis manis yang duet dengan Delphine Delrue di Piala Uber itu harus menyerah dengan hanya bermain 5-6 di gim pertama kontra ganda putri Jepang Yuki Fukushima/Sayaka Hirota di grup A.