C'est durant le lycée que
Liam Hemsworth se laisse tenter par le métier d'acteur et décide de suivre les traces de ses deux frères Chris Hemsworth et Luke Hemsworth en prenant un agent. Il passe ses premières auditions à l'âge de 16 ans et débute sa carrière en 2007 en faisant des apparitions dans les séries australiennes
Home and Away et
McLeod's Daughters et rejoint par la même occasion le casting du le soap opera
Neighbours dans lequel il tiendra le rôle récurrent d'un paraplégique durant un an.
Après avoir continué son parcours à travers la télévision australienne,
Liam Hemsworth rejoint en 2009 le casting du film anglais
Triangle et fait également une petite apparition dans
Prédictions d'Alex Proyas. La même année, le jeune acteur est retenu pour donner la réplique à Sylvester Stallone dans
Expendables : Unité Spéciale mais son personnage sera plus tard supprimé de l'histoire.
En 2010,
Liam Hemsworth est contacté pour passer le casting de l'adaptation de Kenneth Branagh,
Thor, mais le rôle reviendra finalement à son frère Chris. Cependant, on lui propose juste après d'interpréter Will Blakelee aux côtés de Miley Cirus dans le film de Disney,
La Dernière Chanson. La même année, il est élu "The Next Generation of Hollywood's Leading Men" par le magazine
Details.
En 2012,
Liam Hemsworth décroche le rôle de Gale dans l'adaptation de la saga littéraire de Suzanne Collins,
Hunger Games, aux cotés de Jennifer Lawrence et Josh Hutcherson. Pas rancunier, il accepte la même année de rejoindre la casting musclé de
Expendables 2 : Unité Spéciale.