Armand Douglas Hammer nació en Los Ángeles, California, el 28 de agosto de 1986. Hijo de Dru Ann Mobley y Michael Armand Hammer, un hombre de negocios. Su bisabuelo, Armand Hammer, fue un prominente magnate y filántropo que dirigió la compañía Occidental Petroleum durante muchas décadas. Su padre es miembro de la junta de fideicomisarios de la Universidad Oral Roberts, y su madre, ex oficial de préstamos bancarios, enseña estudios bíblicos en Los Ángeles.

Su familia vivió un tiempo en Dallas, Texas y más tarde se mudó a las Islas Caimán en 1993, donde permanecieron durante 5 años. Mientras estuvo ahí, Armie asistió a Grace Christian Academy, una escuela que su padre estableció. Regresaron a Los Ángeles cuando Armie tenía trece años. Asistió a L.A. Baptist High School y Calvary Junior High School. Hizo su debut en el escenario interpretando a "Rooster Hannigan" en una producción de Annie de sexto grado. Dejó la escuela en el onceavo grado para poder seguir actuando. Sus padres estaban ansiosos de que continuara sus estudios, por lo que tomó cursos en Pasadena City College y UCLA.

Interpretó a Billy Graham en Billy: The Early Years (2008). Su papel decisivo llegó cuando interpretó a los Gemelos Winklevoss en La red social (2010). Interpretó a Clyde Tolson en J. Edgar (2011), al príncipe Alcott en Blancanieves (2012), y protagonizó la versión del  2013 de El llanero solitario ( 2013), al lado de Johnny Depp.

En 2015, Hammer protagonizó junto a Henry Cavill el thriller de espías El agente de C.I.P.O.L. (2015), interpretando al espía ruso Illya Kuryakin y al agente estadounidense Napoleon Solo, respectivamente. Sus películas de 2016 incluyen el drama histórico El nacimiento de una nación (2016), los thrillers Animales nocturnos (2016), Mine (2016), y el drama policial Free Fire (2016). En 2017, interpretó a Jackson Storm en Cars 3 (2017), y actuó como Oliver, un académico estadounidense, en el drama Llámame por tu nombre (2017) por el que recibió su primera nominación al Golden Globe como Mejor Actor de Reparto.

En 2018, interpretará a David en el drama Hotel Mumbai (2018); y a Martin D. Ginsburg, experto en derecho tributario de la vida real, en On the Basis of Sex (2018), una película biográfica de la esposa de Martin, la jueza Ruth Bader Ginsburg .

Armie se casó en 2010 con la actriz y modelo Elizabeth Chambers con quien tiene dos hijos.