Liam Hemsworth iniciou sua carreira de ator na Austrália, aparecendo em séries de TV como Home and Away (1988) e McLeod's Daughters (2001), antes de assumir um papel recorrente na novela Neighbours (1985). Seguiram-se papéis em The Elephant Princess (2008) e Satisfaction (2007), até que se mudou para os Estados Unidos para buscar uma carreira no cinema.

Após dois reveses — seu personagem foi cortado do roteiro de The Expendables (2010) dias antes das filmagens e ele perdeu o papel principal de Thor (2011) —, Liam foi escalado ao lado de Miley Cyrus no drama de Nicholas Sparks The Last Song (2010). Ele apareceu no videoclipe de Cyrus "When I Look at You". Após o sucesso comercial moderado do filme, foi quase imediatamente alçado ao status de protagonista e escalado como Gale Hawthorne na adaptação para o cinema do best-seller The Hunger Games (2012). Após o sucesso de bilheteria desse filme, Liam conseguiu vários papéis, incluindo uma participação de apoio em The Expendables 2 (2012) e papéis principais no drama de guerra Love and Honor (2013), no drama policial Empire State (2013) e no thriller Paranoia (2013). Ele reprisou o papel de Gale Hawthorne em The Hunger Games: Catching Fire (2013), The Hunger Games: Mockingjay - Part 1 (2014) e The Hunger Games: Mockingjay - Part 2 (2015), interpretou um piloto de caça herói em Independence Day: Resurgence (2016), um australiano de época em The Duel (2016) e um arquétipo de comédia romântica ao lado de Rebel Wilson em Isn't It Romantic (2019).