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William Liam Hemsworth nació y creció en Melbourne junto a sus dos hermanos mayores, que también son actores, Luke Hemsworth y Chris Hemsworht. Desde bien joven tuvo claro que quería seguir los pasos de sus hermanos; así pues, durante la secundaria contrató a un agente para poder comenzar su carrera como actor.

Su primera oportunidad llegó al aparecer como invitado en un episodio de las exitosas series televisivas australianas Home and away (2007) y Las hermanas McLeod's (2007).

En 2007 se unió al reparto de otras aclamadas series australianas: Vecinos (2007-2008) y The Elephant Princess (2008-2009). En 2009 apareció en dos capítulos de la serie Satisfaction (2009) y poco después fue seleccionado para participar en su primer filme, Señales del futuro (2009), junto a Nicolas Cage.

En 2010 Hemsworth estrenó la película La última canción (2010), un drama romántico adolescente junto a la estrella de Disney Miley Cyrus (Hannah Montana). Liam apareció en el video clip de Cyrus 'When I Look at you', canción que fue la banda sonora original del filme. La prensa del corazón especuló que entre la joven pareja había surgido el amor en la vida real y que ocultaban su noviazgo, una información que nunca fue oficial por las partes afectadas.