Det store gjennombruddet i Hollywood kom i filmen (2011), hvor han spilte tittelrollen. Filmen, som ble regissert av Kenneth Branagh, hadde et budsjett på 150 millioner dollar og spilte inn det tredobbelte på verdensbasis. Hemsworth fikk mye skryt for sin macho tolkning av rollen. Andre som medvirket i filmen er skuespillere som Natalie Portman, Anthony Hopkins, Tom Hiddleston og Stellan Skarsgård.