Лиам Хемсворт родился 13 января 1990 года в Мельбурне, Австралия. Он младший из трёх братьев. Старшие братья Лиама, Крис Хемсворт и Люк Хемсворт, также стали актёрами.

Когда Хемсворту было 8 лет, он и его семья переехали на маленький остров Филипп. В марте 2009 года Хемсворт переехал в Соединенные Штаты, чтобы продолжить свою карьеру там. Он и его брат Крис остались в гостевом доме агента Криса Уильяма Ворда, прежде, чем арендовать свою собственную квартиру в Лос-Анджелесе, где они проживают в настоящее время.

С начала лета 2009 года Лиам встречался со своей коллегой по фильму «Последняя песня» Майли Сайрус. В конце мая 2012 года Лиам и Майли объявили о помолвке, но в сентябре 2013 года они расстались.

Сразу после расставания с Майли, Лиам был замечен с Эйсой Гонсалес. Пара встречалась несколько месяцев и рассталась.

Лиам стал актёром в средней школе. Он прошёл своё первое прослушивание в возрасте шестнадцати лет и начал свою карьеру в 2007 году, участвуя в шоу «Home and Away» и «Дочери МакЛеода». в 2007 году Хемсворт начал сниматься в австралийском сериале «Соседи», где раньше снимался его брат Люк. В 2008 году Хемсворт начал сниматься на телевидении в детском сериале «Принцесса и слон», играя Маркуса, привлекательного гитариста. Позже он получил роль в фильме «Треугольник». Также он сыграл небольшую роль в фильме «Знамение».

В 2009 году снялся в фильме «Последняя песня» по роману Николаса Спаркса с одноименным названием. 

в 2012 году снялся в фильме "Молодые сердца". 

В апреле 2011 года Лиам официально вошел в актёрский состав экранизации бестселлера Сьюзен Коллинз «Голодные Игры».

в 2013 году вышло еще 2 фильма с его участием - "Эмпайр-стейт" и "Паранойя"

Было объявлено и впоследствии подтверждено, что Хемсворт будет сниматься в фильме «Арабские ночи». Также в 2014 ожидается выход фильма "Кат Бэнк" с его учатием