母国オーストラリアのTVドラマで俳優デビュー。2009年、リブート版「スター・トレック」の主人公カーク船長の父親役でハリウッドデビューを果たし、短い出演時間のなかで注目を集める。マーベル映画「マイティ・ソー」（11）の主演に抜てきされ、シリーズ第2作「ダーク・ワールド」（13）、第3作「バトルロイヤル」（17）、「アベンジャーズ」シリーズ第1～4作で雷神ソーを演じた。同役で一躍スター俳優となり、ファンタジーアクション「スノーホワイト」シリーズ（12、16）や、ロン・ハワード監督作「ラッシュ プライドと友情」（13）などでも活躍し、リメイク版「ゴーストバスターズ」（16）でコメディセンスを開花させる。SFアクション「メン・イン・ブラック インターナショナル」（19）でも主演を務める。10年にスペイン人女優エルザ・パタキーと結婚して3児をもうけ、戦争映画「ホース・ソルジャー」（18）で夫婦初共演した。兄ルーク・ヘムズワース、弟リアム・ヘムズワースも俳優。
