Крис родился 11 августа 1983 года в небольшом австралийском городе Мельбурне в небогатой семье. Его мать была учительницей в школе, а отец - консультантом по социальным услугам. Крис вместе со старшим и младшим братьями обожали кататься на серфе и мечтать об актерском поприще. В Австралии Крис легко и быстро стал знаменитостью. В 21 год парень вместе с братьями приехал в столицу Сидней на кастинг бешено популярной мыльной оперы «Соседи» (2002). Хемсворты получили небольшие роли, после чего стали активно ходить на все пробы. Вскоре Криса утвердили на роль Короля Артура в сериале «Гвен Джонс - ученица Мерлина» (2002), затем он стал появляться в других сериалах («Маршалл Лоу» (2002), «Такой разный Фергус Макфайл» (2004)). В 2005 году 22-летний актер заполучил роль Кима Хайда в сериале «Домой и в путь» (2004-2007), которая оказалась для него весьма удачной. За три года съемок в телепроекте он не только обрел миллионы поклонников по всей Австралии, но и получил одобрение профессионального сообщества: его трижды номинировали на премию Logie Award (ежегодная национальная премия Австралии) и нарекли «самым талантливым молодым актером» страны.
Воодушевленный легко давшимся успехом на родине, Крис решил податься в Америку и покорить «большой экран». Вместе с братом он переехал в Лос-Анджелес. Но пробивать себе карьеру в Голливуде оказалось не так легко, как на родине. Хемсворты жили в домике для гостей у своего агента, безнадежно бегая по кастингам. Спустя месяцы, Крису повезло – его утвердили в фильм «Звездный путь» (2009). Он сыграл хоть и небольшую, но знаковую роль - отца одного из самых известных героев в фантастике, капитана Кирка. «Звездный путь» стал киносенсацией, что послужило мощным толчком для развития карьеры австралийца в Америке. В этом же году Хемсворт снялся еще в двух фильмах - «Идеальный побег» (2009) и «Большие деньги» (2010).
А когда студия Marvel запустила грандиозный проект – комикс-экранизацию «Тор» (2011), Крис просто не мог не примерить на себя образ скандинавского супергероя, с молотом наперевес защищающего землян. Говорят, 27-летний актер предоставил студии свою домашнюю видеозапись, на которой он изображает Тора, а мама ему помогает, играет царя Одина. Но Криса отвергли. И только спустя время, отчаявшись отыскать главного актера, продюсеры согласились снова посмотреть на Хемсворта. На этот раз, приглядевшись к австралийцу, команда Marvel в один голос заявила, что наконец-то нашла Тора! Это был золотой билет для Хемсворта. После премьеры фильма Крис проснулся знаменитостью. Впоследствии он вернулся к роли бога-громовержца в фильмах «Мстители» (2012), «Тор 2: Царство тьмы» (2013), «Мстители: Эра Альтрона» (2015), «Тор: Рагнарёк» (2017), «Мстители: Война бесконечности» (2018), «Мстители: Финал» (2019). Также ожидается его возвращение к роли в сериале «Что если…?» (2021) и в фильме «Тор: Любовь и гром» (2022).
В «Торе» Крис отлично показал, что способен играть как брутального и мужественного героя, так и комического персонажа. Это определило его дальнейшее направление карьеры. В перерывах между съемками в фильмах Marvel он играл преимущественно в комедиях и боевиках. Его можно увидеть в фильмах «Хижина в лесу» (2012), «Белоснежка и охотник» (2012), «Неуловимые» (2013), «Кибер» (2015), «Каникулы» (2015), «Белоснежка и охотник 2» (2016), «Охотники за привидениями» (2016), «Кавалерия» (2018), «Люди в чёрном: Интернэшнл» (2019), «Тайлер Рейк: Операция по спасению» (2020). Но несмотря на сложившиеся амплуа, в фильмографии Криса есть фильмы, в которых он предстает в нетипичных образах. В фильме «Гонка» (2014), он сыграл роль профессионального гонщика, у которого отношения с соперником постоянно балансируют на грани между дружбой и ненавистью. В «Сердце моря» (2015), он предстал в образе благородного моряка, стремящегося спасти свою команду после кораблекрушения, произошедшего в результате неудачной охоты на кита. А в триллере «Ничего хорошего в отеле «Эль Рояль» (2018) сыграл лидера секты.
Актер женат на актрисе Эльсе Патаки. Несмотря на разницу в возрасте (жена Криса старше на семь лет) супруги счастливы в браке и имеют трех детей.
