Jego pierwszym ważniejszym występem filmowym była rola w Tęczowej kurtce z roku 1954. W wieku 20 lat powrócił jednak do śpiewania, występował głównie w nocnych klubach. W wieku 24 lat nastąpił punkt kulminacyjny jego kariery filmowej – rola w Powiększeniu Michelangela Antonioniego. Anegdota mówi, że Hemmings był pewien, że zawalił przesłuchanie do filmu, ponieważ Antonioni podczas jego występu cały czas kręcił głową. Później dowiedział się jednak, że owo zachowanie spowodowane było dręczącym reżysera syndromem Touretta – do objawów choroby należą niekontrolowane ruchy ciała.
Hemmings zadebiutował jako reżyser dramatem Biegnąc w przerażeniu (Running Scared, 1972) z Robertem Powellem. Wyreżyserował także dramat Czternastka (The 14, 1973) z Jackiem Wildem, za który zdobył Srebrnego Niedźwiedzia na 23. Międzynarodowym Festiwalu Filmowym w Berlinie.
David Hemmings zmarł 3 grudnia 2003 na zawał serca w Bukareszcie. Miał 62 lata. Śmierć nastąpiła na planie filmu Błogosławiona.
Filmografia Filmy 1960: Zatopić pancernik Bismarck!