L'attore australiano, che ha interpretato il ruolo del protagonista nell'attessissima versione cinematografica di Kenneth Branagh del fumetto della Marvel "Thor", è diventato uno degli attori più richiesti di Hollywood. Questa primavera, l'attore riprende il ruolo di Thor in The Avengers, con Robert Downey Jr., Samuel L. Jackson e Scarlett Johansson.
Hemsworth sta attualmente girando il film drammatico di Ron Howard Rush, nel quale interpreta il ruolo del protagonista, il corridore inglese di Formula 1 James Hunt. Di recente ha recitato nel film scritto da Joss Whedon Quella casa nel bosco e sarà anche visto nel remake di Dan Bradley di Red Dawn di prossima uscita, nel ruolo che fu di Patrick Swayze.
Hemsworth ha debuttato nel cinema USA in Star Trek di J.J. Abrams, nel ruolo cardine di George Kirk con Chris Pine e Zoe Saldana. Ha anche interpretato il film della Relativity Media/Rogue Pictures A Perfect Getaway, con Timothy Olyphant.
Hemsworth è nato e cresciuto in in Australia. E' un sostenitore dell'Australian Childhood Foundation.