Lereim er utdannet lege og avla i 1984 medisinsk doktorgrad ved Universitetet i Trondheim. Han er professor i medisin ved Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet (NTNU) i Trondheim. I tillegg til professoratet ved NTNU, er Lereim er også spesialrådgiver i det regionale helseforetaket Helse Midt-Norge. Han har tidligere vært viseadministrerende direktør ved Ullevål universitetssykehus.