Wczesne życie Hemmings urodził się i wychował w dzielnicy Freemans Reach w dystrykcie Hawkesbury w Nowej Południowej Walii. Jego ojciec, Andrew Hemmings, pracował wcześniej jako konserwator, natomiast matka, Liz Hemmings (z domu Pascoe), to była księgowa, która została nauczycielką matematyki w szkole średniej, a obecnie zajmuje się fotografią. Luke ma dwóch starszych braci: Bena i Jacka; obaj pracowali wcześniej w budownictwie, przy czym Jack jest obecnie właścicielem marki odzieżowej typu street-wear. Hemmings wspominał o swoim dorastaniu w klasie robotniczej, wyjaśniając: „Początki [zespołu] były bardzo skromne. [...] Dorastałem w małym domu pośrodku niczego”. Gdy miał 10 lat, bracia nauczyli go grać na gitarze, co później skłoniło go do wzięcia profesjonalnych lekcji oraz korzystania z poradników na YouTube, aby opanować instrument. W późniejszym dzieciństwie Hemmings zaczął występować jako artysta uliczny.
W siódmej klasie Hemmings zmienił szkołę i zaczął uczęszczać do Norwest Christian College, gdzie poznał przyszłych kolegów z zespołu: Caluma Hooda i Michaela Clifforda. Później wyjawił, że początkowo nie lubił Clifforda i byli „wrogami”.