Elle commence sa carrière en 2007, à l'âge de 15 ans, en jouant le rôle de Charlotte dans la comédie musicale 13 (en) à Broadway, elle se fait connaitre en interprétant le rôle de Cat Valentine dans la sitcom Victorious, ainsi que pour avoir repris ce même rôle dans son spin-off Sam et Cat, devenant l'une des égéries de la chaîne Nickelodeon.
Bien que déjà présente dans la musique via plusieurs projets comme sa série ou sa chaîne YouTube, elle lance véritablement sa carrière musicale en mars 2013, en sortant son premier single intitulé The Way, en duo avec Mac Miller, qui arrive en tête du Billboard Hot 100 et est certifié double platine par la RIAA. Son premier album, Yours Truly, atteint la tête du Billboard 200 et reçoit des critiques positives. Elle est alors la première artiste à avoir un premier album en tête des charts depuis l'album Animal de Kesha, en janvier 2010. Son deuxième album, My Everything, atteint également la première place du Billboard 200, ce qui fait d'elle la première artiste féminine ayant eu ses deux premiers albums numéro un à la suite depuis Susan Boyle. Le premier single, Problem, en duo avec Iggy Azalea, se classe à la deuxième place du Billboard Hot 100 et a été numéro un des téléchargements iTunes dans plus de cinquante pays. En 2016, avec la sortie de son troisième album Dangerous Woman, elle devient la première artiste de l'histoire à avoir eu les premiers singles de chacun de ses albums dans le top 10 du Billboard Hot 100.
En 2013, elle remporte le prix de la meilleure nouvelle artiste de l'année aux American Music Awards puis est élue « artiste de l'année » en 2016. En 2014, elle est élue « révélation de l'année » par The Music Business Association et est nommée dans la catégorie « meilleur nouvel artiste » aux Billboard Music Awards. Elle est également nommée aux Grammy Awards pour la première fois en 2015 pour son album My Everything puis les années suivantes pour Dangerous Woman et Sweetener.
