Liam Hesworth nació en Melbourne el 13 de enero de 1990. Durante su infancia, toda la familia se mudó a Phillip Island,? una pequeña isla al sudeste de Melbourne. Sus dos hermanos mayores, Luke Hemsworth y Chris Hemsworth, también son actores. Cuando estaba en secundaria empezó a plantearse eso de seguir los pasos de sus hermanos, por eso empezó a actuar en las obras de teatro escolares. Finalmente contrató a un agente y se presentó a su primera audicion cuando tenía dieciséis años.
Empezó su carrera en 2007 como actor invitado en las series 'Home and Away' y 'Mcleod's Daughters'. Justo ese mismo año comenzó a rodar la serie 'Neighbours', una telenovela australiana en la que su hermano Luke ya había actuado antes. En 2008, Hemsworth comenzó a actuar en un programa para niños llamado 'The Elephant Princess', en el que interpretó a Marcus, el guitarrista de una banda de música.
En el año 2009 se mudó con su hermano Chris a Estados Unidos para empezar su carrera fuera de su país allí. Ese año apareció en la serie de televisión 'Satisfaction' y protagonizó la película británica 'Triangle'. También realizó una breve aparición como estudiante de MIT en la película 'Knowing' protagonizada por Nicholas Cage. Fue en el año 2010 cuando consiguió un papel protagonista en la película 'La última canción' donde conoció a Miley Cyrus. La película está basada en la novela homónima de Nicholas Sparks.
Fue en ese momento cuando comenzó a salir con Miley Cyrus con quien anunció su compromiso en el año 2012 aunque después lo pospusieron. Finalmente en septiembre de 2013 la pareja anunció que habían terminado su relación.
Un año más tarde Lionsgate anunció que Hemsworth interpretaría a Gale Hawthorne en la película Los juegos del hambre'. Allí coincidió con Jennifer Lawrence y Josh Hutcherson. Más tarde apareció en la película 'The Expendables 2'. En 2013 coprotagonizó las películas 'Love and Honor' junto a Aimee Teegarden y Teresa Palmer, 'Paranoia' junto Harrison Ford y 'Empire State'. Después volvió a repetir su papel en la película 'Los Juegos del Hambre: en llamas' que fue estrenada en el año 2013. Su trayectoria continuó en los años 2014 y 2015 en 'Los juegos del hambre: sinsajo parte 1' y 'Los juegos del hambre: sinsajo parte 2'.
En marzo de 2016, la madrina de Miley, Dolly Parton, confirmó la reconciliación de Cyrus y de Hemsworth en Entertainment Tonight, tras varios rumores desencadenados a principios de ese mismo año. Antes de estar con Cyrus mantuvo una relación con Eiza González, una actriz mexicana. En el transcurso de tiempo en el que no estuvo con Miley Cyrus comenzó a salir con otras actrices como Nina Dobrev.
Entre sus aficiones destacan el boxeo, montar en coches de velocidad y el surf, un deporte que ha practicado durante toda su vida en su país de origen, Australia. Por otro lado, es una persona muy involucrada en las labores sociales y ha sido embajador de Australian Childhood Foundation. Su relación con sus hermanos es muy buena y en más de una ocasión han aparecido juntos en premieres.
