Chris Hemsworth 1983. augusztus 11-én született Melbourne-ben, Ausztráliában, angoltanárnő és szociális munkás gyermekeként. Testvérei, Luke és Liam szintén színészek. Melbourne-ben és vidéken, egy kis közösségben nőtt fel.

2004-től három évadon keresztül a népszerű ausztrál szappanoperában, az Otthonunkban (Home and Away) játszott. A mozivásznon a J.J. Abrams rendezésében bemutatott Star Trekben (2009) debütált, melynek nyitójelenetében Kirk kapitány apját alakította. Ezt egy középszerű thriller, a Ca$h - A visszajáró (2010) követte.

Karrierjében az áttörést a Kenneth Branagh rendezésében készült Marvel-adaptáció, a Thor (2011) hozta, mely Thor: Sötét világ (2013) címmel folytatást is kapott. Ugyancsak a szőke kalapácsos istenség szerepében láthattuk a szuperhős-kollektíva tagjaként a Bosszúállókban (2012). Mindhárom film óriási népszerűségre tett szert a közönség körében, de a kritikusok is méltatták a szuperprodukciókat.

Kristen Stewartr mellett a vádász szerepében láthattuk a Hófehér és a vadászban (2012), és még ebben az évben egy pozitív kritikai visszhangot kapott horrorban, a Ház az erdő mélyénben is láthattuk.

2013-ban pályafutása eddigi legjobb alakítását nyújtotta Ron Howard Hajsza a győzelemért című filmjében, de ez évben ismét Kirk kapitány apjaként láthattuk a J.J. Abrams rendezésében bemutatott Star Trek folytatásában (Sötétségben - Star Trek – 2013).

Hemsworth-öt várhatóan Michael Mann filmjében, a Blackhatben láthatjuk legközelebb.

A spanyol származású színésznővel, Elsa Patakyval 2010 óta házasok, lányuk, India Rose 2012-ben született.