Родился 13 января 1990 года в австралийском городе Мельбурн. Он был младшим из троих сыновей в семье, при этом оба брата, Крис и Люк, также стали актерами. Уже в школьные годы Лиам увлекся драматическим искусством. В возрасте шестнадцати лет он успешно прошел кастинг и был принят на одну из второстепенных ролей в сериал «Домой и в путь», чуть позднее отметился и в сериале «Дочери Маклеода». Важной ступенью в карьере Хемсворта стало участие в съемках популярного сериала «Соседи» (с 2007-го года), где прежде играл и его брат Люк. Вскоре Лиам начал сниматься и в других проектах: он сыграл в детском сериале «Слон и принцесса», в 2008-м году вышел фильм ужасов «Треугольник» с его участием, годом позже свет увидел фантастический триллер «Знамение» с Николасом Кейджем в главной роли. Среди последних работ актера можно отметить экранизацию романа Николаса Спаркса «Последняя песня», блокбастер «Голодные игры», удостоенный ряда наград MTV, и мелодраму «Молодые сердца». Кроме того, Лиам снялся в одном из клипов Майли Сайрус, с которой Хемсворт познакомился на съемках «Последней песни». У них завязались отношения, и в 2012-м году пара объявила о помолвке. Карьера актера стремительно развивается, в ближайшее время ожидается выход нескольких фильмов с его участием: «Несвоевременный», «Северное сияние», «Арабские ночи», «Паранойя» и «Эмпайр Стэйт».