Le premier emploi de Shields a été en 2008 la narration du court métrage Las Vegas New Mexico 1875. Elle a incarné Lisa Rogan alias Lisa Royal dans un épisode 2009 du drame In Plain Sight de USA Network, intitulé « In My Humboldt Opinion », et la voix d’une fille qui assiste à une fusillade dans le court-métrage western de 7 minutes de 2008 Las Vegas New Mexico 1875. En 2011, Shields est apparue sur CBS dans le film du Hallmark Hall of Fame, Beyond the Blackboard, avec Emily VanCamp. Dans le téléfilm, Shields a joué le rôle d’une enfant sans-abri nommée Grace.
Shields a joué une co-star dans The Hunger Games, en incarnant Primrose Everdeen. Elle a repris son rôle dans les suites, The Hunger Games : Catching Fire, The Hunger Games : Mockingjay – Partie 1, et The Hunger Games : Mockingjay – Partie 2. Elle a déclaré que « le simple fait de grandir en tant que personnage va être très amusant ». Il a été annoncé en 2015 que Shields jouerait dans les films The Wonder (sorti en 2017 sous le titre Into the Rainbow), réalisé par Norman Stone, et A Fall From Grace, réalisé par Jennifer Lynch.
Le 24 février 2015, Shields a été annoncée comme l’une des célébrités à participer à la saison 20 de Danse avec les stars. Son partenaire professionnel était Mark Ballas. À 14 ans, elle est la plus jeune concurrente à avoir participé à l’émission (reprenant le record de Zendaya, qui avait 16 ans lorsqu’elle a participé à la saison 16). Dans une tournure d’événements choquante, le couple avait été éliminé lors de la septième semaine de compétition, (terminant à la 7e place) malgré les notes constamment élevées des juges tout au long de la saison.