Shields första jobb var 2008 som berättare för kortfilmen Las Vegas New Mexico 1875. Hon porträtterade Lisa Rogan alias Lisa Royal i ett avsnitt från 2009 av USA Network-dramat In Plain Sight, med titeln ”In My Humboldt Opinion”, och rösten på en flicka som tittar på en skottlossning i den 7 minuter långa westernkortfilmen Las Vegas New Mexico 1875 från 2008. År 2011 medverkade Shields på CBS i Hallmark Hall of Fame-filmen Beyond the Blackboard med Emily VanCamp i huvudrollen. I tv-filmen porträtterade Shields ett hemlöst barn vid namn Grace.
Shields medverkade i The Hunger Games och porträtterade Primrose Everdeen. Hon återupptog sin roll i uppföljarna The Hunger Games: Catching Fire, The Hunger Games och The Hunger Games: Mockingjay – del 1 och The Hunger Games: Mockingjay – del 2. Hon har sagt att ”det kommer att bli riktigt kul att växa upp som karaktären”. Det tillkännagavs 2015 att Shields skulle medverka i filmerna The Wonder (som släpptes 2017 under titeln Into the Rainbow), regisserad av Norman Stone, och A Fall From Grace, regisserad av Jennifer Lynch.
Den 24 februari 2015 tillkännagavs Shields som en av de kändisar som skulle tävla i säsong 20 av Dancing with the Stars. Hennes professionella partner var Mark Ballas. Vid 14 års ålder är hon den yngsta tävlande som någonsin deltagit i programmet (hon tar rekordet från Zendaya, som var 16 år när hon tävlade i säsong 16). I en chockerande vändning av händelserna hade paret blivit utslagna under den sjunde tävlingsveckan (de slutade på sjunde plats) trots att de fått genomgående höga poäng av domarna under hela säsongen.