Bemelmans war zunächst vor allem auf der Challenger Tour erfolgreich. Das Challenger-Turnier in Wolfsburg gewann er zweimal und auch seinen ersten Doppeltitel feierte er auf deutschem Boden. Zusammen mit Igor Sijsling blieb er beim Turnier in Aachen siegreich. Sein Grand-Slam-Debüt feierte er 2011 in Wimbledon, wo er aber bereits in der ersten Runde ausschied. Zusammen mit Justine Henin wurde Bemelmans Anfang 2011 beim Hopman Cup Zweiter. Im Finale unterlagen sie den US-Amerikanern Bethanie Mattek-Sands und John Isner. Beim ATP-World-Turnier in Los Angeles 2012 gewann Bemelmans seinen einzigen ATP-Titel: Gemeinsam mit Landsmann Xavier Malisse besiegte er die Briten Jamie Delgado und Ken Skupski im Finale der Doppelkonkurrenz in drei Sätzen. Auf der Challenger Tour gewann er insgesamt sechs Einzel- und 13 Doppeltitel. Im Juni 2022 beendete er seine Karriere.[1]
Von 2008 bis 2021 bestritt er 24 Begegnungen für die belgische Davis-Cup-Mannschaft. Dabei gewann er jeweils sieben Einzel- und Doppelpartien bei insgesamt 19 Einsätzen im Einzel und 16 im Doppel.
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Belgien
Wolfsburg (1)
Stefano Galvani
Le Gosier
Lukáš Rosol
Los Angeles
Jamie Delgado
