Si trovava in Romania, sul set del suo ultimo film Samantha's child, aveva appena girato l'ultima scena della giornata e si apprestava a tornare in camerino, quando è stato colto da un infarto: il personale medico della troupe ha tentato di rianimare David Hemmings ma non c'è stato nulla da fare; l'attore inglese non ce l'ha fatta.
Famoso per il suo ruolo da protagonista in Blow-up di Michelangelo Antonioni, aveva recitato anche nel cult Barbarella di Roger Vadim e in Profondo Rosso, il capolavoro di Dario Argento, ma Hemmings dopo gli anni '60 era passato anche dietro la macchina da presa lavorando come regista e produttore ed aveva preso parte a numerose serie televisive come Supercopter .
Nel 2000 aveva recitato nel ruolo di Cassio ne Il gladiatore di Ridley Scott e il suo ultimo film è stato La leggenda degli uomini straordinari al fianco di Sean Connery.