El primer trabajo de Shields fue en 2008 narrando el cortometraje Las Vegas New Mexico 1875. Interpretó a Lisa Rogan alias Lisa Royal en un episodio de 2009 del drama de USA Network In Plain Sight, titulado «In My Humboldt Opinion», y la voz de una chica que observa un tiroteo en el cortometraje del Oeste de 2008 de 7 minutos de duración Las Vegas New Mexico 1875. En 2011, Shields apareció en la CBS en la película de Hallmark Hall of Fame, Beyond the Blackboard, protagonizada por Emily VanCamp. En la película de televisión, Shields retrató a una niña sin hogar llamada Grace.
Shields coprotagonizó Los juegos del hambre, interpretando a Primrose Everdeen. Volvió a interpretar su papel en las secuelas, Los juegos del hambre: En llamas, Los juegos del hambre: Sinsajo – Parte 1, y Los Juegos del Hambre: Sinsajo – Parte 2. Ella ha dicho que «simplemente crecer como el personaje va a ser muy divertido». En 2015 se anunció que Shields protagonizaría las películas The Wonder (estrenada en 2017 con el título Into the Rainbow), dirigida por Norman Stone, y A Fall From Grace, dirigida por Jennifer Lynch.
El 24 de febrero de 2015, Shields fue anunciada como una de las celebridades que competirían en la temporada 20 de Dancing with the Stars. Su pareja profesional fue Mark Ballas. Con 14 años, es la competidora más joven que ha aparecido en el programa (arrebatando el récord a Zendaya, que tenía 16 años cuando compitió en la temporada 16). En un impactante giro de los acontecimientos, la pareja había sido eliminada en la séptima semana de competición, (terminando en séptimo lugar) a pesar de haber recibido constantemente altas puntuaciones de los jueces durante toda la temporada.