Il primo lavoro della Shields fu nel 2008 narrando il cortometraggio Las Vegas New Mexico 1875. Ha interpretato Lisa Rogan alias Lisa Royal in un episodio del 2009 del dramma di USA Network In Plain Sight, intitolato “In My Humboldt Opinion”, e la voce di una ragazza che guarda un combattimento con la pistola nel cortometraggio western di 7 minuti del 2008 Las Vegas New Mexico 1875. Nel 2011, Shields è apparsa sulla CBS nel film Hallmark Hall of Fame, Beyond the Blackboard, con Emily VanCamp. Nel film per la televisione, Shields ritratto un bambino senza casa di nome Grace.
Shields co-protagonista in The Hunger Games, ritraendo Primrose Everdeen. Ha ripreso il suo ruolo nei sequel, The Hunger Games: Catching Fire, The Hunger Games: Mockingjay – Parte 1, e The Hunger Games: Mockingjay – Parte 2. Ha detto che “solo crescere come il personaggio sarà davvero divertente”. È stato annunciato nel 2015 che Shields avrebbe recitato nei film The Wonder (uscito nel 2017 con il titolo Into the Rainbow), diretto da Norman Stone, e A Fall From Grace, diretto da Jennifer Lynch.
Il 24 febbraio 2015, Shields è stato annunciato come una delle celebrità per competere nella stagione 20 di Dancing with the Stars. Il suo partner professionale era Mark Ballas. All’età di 14 anni, è la più giovane concorrente ad apparire nello show (prendendo il record da Zendaya, che aveva 16 anni quando ha gareggiato nella stagione 16). In una scioccante svolta degli eventi, la coppia era stata eliminata nella settima settimana di gara, (finendo al 7° posto) nonostante avesse ricevuto punteggi costantemente alti dai giudici per tutta la stagione.