Лайам Хемсворт родился 13 января 1990 года в Мельбурне, Австралия. Он младший из трех сыновей Крейга и Леони Хемсворт. .
Когда Хемсворту было 8 лет, он и его семья переехали на маленький остров Филипп. Хемсворт говорит, что он провел большую часть своего времени, занимаясь серфингом вместе со своими братьями. Одноклассница Хемсворта Лора Гриффин говорит о нем : «Все девушки его любили. Он был популярен, немного шутник и веселил меня». Гриффин утверждает, что она и Лайам встречались. 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.
Долгое время Лайам встречался со своей коллегой по фильму «Последняя песня» Майли Сайрус." В то время как СМИ утверждают, что они встречались по крайней мере с августа 2009, Лайам и Майли отрицали это. В марте 2010 Сайрус признала, что они встречались десять месяцев. 25 августа 2010 они расстались.В сентябре, когда Майли вернулась в Лос-Анджелес, пара воссоединилась. В начале ноября было объявлено, что они расстались снова.
Лайам стал актером в средней школе. Он прошел свое первое прослушивание в возрасте шестнадцати лет и начал свою карьеру в 2007 году, участвуя в шоу «Home and Away» и «Дочери МакЛеода». 8 июля 2007 года 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, привлекательный гитариста. Позже он получил роль в фильме «Треугольник». Также он сыграл небольшую роль в фильме «Knowing».
В 2009 году Хемсворт был выбран на роль противника Сильвестра Сталлоне в фильме Сталлоне 2010 года «The Expendables», но его персонажа убрали из сценария. Впоследствии он снялся в фильме «Последняя песня» по роману Николаса Спаркса с одноименным названием. Он играл возлюбленного героини Майли Сайрус. Также он снялся в клипе Майли Сайрус на песню «When I look at you», который был записан 16 августа 2009 года. Было объявлено и впоследствии подтверждено, что Хемсворт будет сниматься в фильме «Арабские ночи», режиссером которого станет Чак Рассел. Хемсворту также была предложена роль Исаака Гилдея в фильме «Возврат», спортивной драме с Деннисом Куэйдом.
Хемсворт был номинирован на премию Nickelodeon Australian Kids' Choice Awards 2010. Он и Майли Сайрус победили номинации «Лучший поцелуй».
Лайам — посол австралийского Фонда Детства. Он говорит об этом: «У меня были лучшие родители, какие только могут быть. Они работали в области защиты детей, и всегда давали мне поддержку. Мир — довольно пугающее место для детей, и важно, чтобы дом всегда был безопасным местом для них.» Когда его спросили, считает ли он себя героем для детей, он ответил: «Я не знаю, герой ли я для детей, но я хотел бы им быть. Я хотел бы быть хорошим примером.»