Armand Douglas Hammer nasceu em Los Angeles, Califórnia, filho de Dru Ann (Mobley) e Michael Armand Hammer, um empresário. Seu bisavô, Armand Hammer, foi um proeminente magnata e filantropo que dirigiu a empresa Occidental Petroleum por muitas décadas. A ascendência de Armie inclui russo-judeu, inglês, escocês-irlandês e alemão. Ele tem um irmão mais novo, Viktor Hammer (Armie e Viktor compartilham os mesmos nomes de seu bisavô e de seu irmão). Seu pai é presidente e CEO da Fundação Armand Hammer, onde sua mãe é membro do conselho. Seus pais também atuam juntos nos conselhos do Los Angeles Dream Center e da Knoedler & Hammer Galleries em Nova York. Além disso, seu pai é membro do conselho de curadores da Universidade Oral Roberts e sua mãe, ex-funcionária de empréstimos bancários, ensina estudos bíblicos em Los Angeles.
Sua família mudou-se para Dallas, Texas, quando ele estava se aproximando da idade escolar. Mudaram-se para as Ilhas Cayman em 1993, onde permaneceram 5 anos. Enquanto esteve aqui, Armie frequentou a Grace Christian Academy, uma escola que seu pai fundou. Eles voltaram para Los Angeles quando Armie tinha treze anos. Ele estudou na L.A. Baptist High School e na Calvary Junior High School. Ele fez sua estréia no palco interpretando "Rooster Hannigan" em uma produção da 6ª série de "Annie". Ele deixou a escola na 11ª série para que pudesse prosseguir como ator. Seus pais queriam que ele continuasse seus estudos, então ele fez cursos no Pasadena City College e na UCLA.
Ele teve vários pequenos papéis, antes de ser escalado como Billy Graham em Billy: The Early Years (2008). Seu papel de destaque veio quando ele interpretou "Winklevoss Twins" em The Social Network (2010), em um papel duplo. Desde então, ele interpretou "Clyde Tolson" em J. Edgar (2011), "Prince Alcott" em Mirror Mirror (2012), e estrelou o papel-título, John Reid, na versão de 2013 de The Lone Ranger (2013), ao lado Johnny Depp como Tonto.
Em 2015, Hammer estrelou com Henry Cavill no thriller de espionagem The Man from U.N.C.L.E. (2015), no papel da espiã russa Illya Kuryakin e do agente americano Napoleon Solo, respectivamente. Seus filmes de 2016 incluem o drama histórico The Birth of a Nation (2016), os thrillers Nocturnal Animals (2016) e Mine (2016) e o drama policial Free Fire (2016). Em 2017, ele dublou Jackson Storm na sequência CGI Cars 3 (2017) e estrelou como Oliver, um estudioso americano, no drama Call Me by Your Name (2017), ao lado de Timothée Chalamet. Para o papel, Armie recebeu sua primeira indicação ao Globo de Ouro, de Melhor Ator Coadjuvante.
Em 2018, ele interpretou David no drama Hotel Mumbai (2018) e estrelou como o especialista em legislação tributária da vida real Martin D. Ginsburg em On the Basis of Sex (2018), um filme biográfico da esposa de Martin, a juíza da Suprema Corte Ruth Bader Ginsburg. Mais recentemente, ele estrelou o incomum filme de terror Wounds (2019) e foi Maxim de Winter no drama-thriller Crisis (2021).
Armie foi casado com a atriz, modelo e personalidade da televisão Elizabeth Chambers em 2010. Eles anunciaram o divórcio em julho de 2020. Eles têm dois filhos, um menino e uma menina.
