Heath Ledger naît à Perth. Il est le fils de Kim Ledger, ingénieur et de Sally Ledger Bell (née Ramshaw), professeur de français. Il a une s½ur aînée, Catherine (dite Kate). Il étudie à la Guilford Grammar School et vit en Australie-Occidentale jusqu'à 16 ans. À cet âge, il quitte l'école avec un an d'avance, et part à Sydney avec son meilleur ami, Trevor DiCarlo, afin d'entamer une carrière d'acteur.
Ledger obtient son premier vrai rôle en jouant dans la série américaine Roar. En 1999, Ledger apparaît dans la production hollywoodienne 10 bonnes raisons de te larguer et obtient également le premier rôle dans le film australien Two Hands, réalisé par Gregor Jordan. Depuis, il a joué dans plusieurs grosses productions américaines.
En 2001 Heath Ledger a été récompensé d'un ShoWest Award du meilleur espoir masculin, pour sa performance dans The Patriot, le chemin de la liberté, et à l'occasion de la sortie mondiale de la fiction anachronique Chevalier. En 2003 il a été sacré « homme de l'année » par le magazine australien Gentlemen's Quarterly, dans la catégorie acteurs.
Il obtient l'un des deux rôles titres des Frères Grimm de Terry Gilliam, au côté de Matt Damon, puis interprète un cowboy homosexuel dans Le Secret de Brokeback Mountain d'Ang Lee et remporte de nombreuses récompenses en 2005, dont le Lion d'Or à la Mostra de Venise. Il est nommé aux Golden Globes et aux Oscars. C'est durant le tournage du Secret de Brokeback Mountain qu'il rencontre l'actrice Michelle Williams dont il a une petite fille (Matilda, née en octobre 2005) et dont le parrain n'est autre que Jake Gyllenhaal, qui joue le rôle de son amant dans le film. Le couple se sépare en septembre 2007.
En 2007, sa performance de junkie dans le film Candy, de Neil Armfield lui vaut le prix d'interprétation masculine du Festival de Valenciennes.
Après avoir interprété le Joker dans Batman - The Dark Knight, il débute le tournage de The imaginarium of Doctor Parnassus, de Terry Gilliam. Alors que le tournage est loin d'être terminé, il meurt à New York à 28 ans, victime d'une intoxication aiguë due aux effets combinés de six médicaments, dont des antidépresseurs, des analgésiques, et des anxiolytiques.
Il repose désormais à Perth, en Australie, dans le cimetière de Kanakatta auprès des siens.