O primeiro emprego de Shields foi em 2008 narrando o curta-metragem Las Vegas New Mexico 1875. Ela retratou Lisa Rogan a.k.a. Lisa Royal em um episódio de 2009 do drama In Plain Sight, intitulado “In My Humboldt Opinion”, e a voz de uma garota assistindo a uma luta armada no curta-metragem de 7 minutos do western Las Vegas New Mexico 1875. Em 2011, Shields apareceu na CBS no filme Hallmark Hall of Fame, Beyond the Blackboard, estrelado por Emily VanCamp. No filme de televisão, Shields retratou uma criança sem-teto chamada Grace.
Shields co-estrelou em The Hunger Games, retratando Primrose Everdeen. Ela repreendeu o seu papel nas sequelas, Os Jogos da Fome: Catching Fire, Os Jogos da Fome: Mockingjay – Parte 1, e Os Jogos da Fome: Mockingjay – Parte 2. Ela disse que “apenas crescendo como a personagem vai ser realmente divertida”. Foi anunciado em 2015 que Shields estrelaria nos filmes The Wonder (lançado em 2017 sob o título Into the Rainbow), dirigido por Norman Stone, e A Fall From Grace, dirigido por Jennifer Lynch.
Em 24 de fevereiro de 2015, Shields foi anunciado como uma das celebridades a competir na temporada 20 de Dancing with the Stars. O seu parceiro profissional foi Mark Ballas. Aos 14 anos, ela é a competidora mais jovem a aparecer no programa (tirando o recorde de Zendaya, que tinha 16 anos quando ela competiu na temporada 16). Numa reviravolta chocante dos eventos, o casal tinha sido eliminado na sétima semana de competição, (terminando em 7º lugar) apesar de receber consistentemente altas pontuações dos juízes ao longo da temporada.