وانضم اللاعب البالغ من العمر 26 عامًا والذي تكوَّن في باريس سان جرمان ثم فولهام الإنكليزي حيث بدأ مسيرته الاحترافية، إلى ليون في نهاية آب/أغسطس 2018 قبل إغلاق نافذة الانتقالات الصيفية قادماً من سلتيك غلاسكو الاسكتلندي مقابل  22 مليون يورو.

وشهدت مسيرته في ليون تألقاً وتراجعاً في المستوى، فبعد موسمين أولين ممتازين بتسجيله عشرين هدفًا في العام الأول في 46 مباراة بجميع المسابقات، ثم 24 هدفًا في العام التالي في 46 مباراة أيضًا.

خيَّب الآمال موسم 2020-2021 تمامًا بتسجيله هدفا واحدا في 16 مباراة قبل إعارته مطلع كانون الثاني/يناير 2021 إلى أتلتيكو مدريد الإسباني حيث فشل في فرض نفسه أساسيا في تشكيلة المدرب الأرجنتيني دييغو سيميوني (لعب سبع مباريات كبديل أي ما مجموعه 140 دقيقة دون أن ينجح في هز الشباك، رغم حصوله على لقب بطل إسبانيا.

وعاد ديمبيليه إلى ليون موسم 2021-2022، وسجل 22 هدفًا في 36 مباراة قبل أن يلازم مقاعد البدلاء مع عودة القائد المخضرم ألكسندر لاكازيت إلى صفوف النادي قادماً من أرسنال الانكليزي في صفقة انتقال حر.

وبلغت حصيلته الاجمالية مع ليون 70 هدفًا مع 19 تمريرة حاسمة في 172 مباراة.