Shields’ eerste klus was in 2008 als vertelster in de korte film Las Vegas New Mexico 1875. Ze vertolkte Lisa Rogan a.k.a. Lisa Royal in een aflevering van 2009 van het USA Network drama In Plain Sight, getiteld “In My Humboldt Opinion”, en de stem van een meisje dat naar een vuurgevecht kijkt in de 7 minuten durende 2008 Western korte film Las Vegas New Mexico 1875. In 2011 verscheen Shields op CBS in de Hallmark Hall of Fame-film Beyond the Blackboard, met Emily VanCamp in de hoofdrol. In de televisiefilm vertolkte Shields een dakloos kind genaamd Grace.
Shields speelde mee in The Hunger Games, als Primrose Everdeen. Ze speelde haar rol opnieuw in de vervolgen The Hunger Games: Catching Fire, The Hunger Games: Mockingjay – Part 1, en The Hunger Games: Mockingjay – Part 2. Ze heeft gezegd dat “gewoon opgroeien als het personage echt leuk gaat worden”. In 2015 werd aangekondigd dat Shields de hoofdrol zou spelen in de films The Wonder (in 2017 uitgebracht onder de titel Into the Rainbow), geregisseerd door Norman Stone, en A Fall From Grace, geregisseerd door Jennifer Lynch.
Op 24 februari 2015 werd Shields aangekondigd als een van de beroemdheden om mee te doen aan seizoen 20 van Dancing with the Stars. Haar professionele partner was Mark Ballas. Met haar 14 jaar is ze de jongste deelnemer die ooit aan de show heeft deelgenomen (ze neemt het record over van Zendaya, die 16 was toen ze deelnam aan seizoen 16). In een schokkende wending van gebeurtenissen, werd het paar geëlimineerd in de zevende week van de competitie, (eindigend op de 7e plaats) ondanks het ontvangen van consequent hoge scores van de rechters gedurende het seizoen.