2001-2006: Durchbruch mit Drake & Josh

Cosgroves erster Fernsehauftritt war 2001, als sie die Stimme der jungen Lana Lang in der Pilotfolge von Smallville zur Verfügung stellte. Cosgrove machte dann ihr Filmdebüt im Jahr 2003 School of Rock, unter der Regie von Richard Linklater. In dem Film spielte sie Summer Hathaway, ein junges Mädchen mit großem Ehrgeiz und Disziplin, das sich an die freigeistige Natur ihres neuen Musiklehrers (Jack Black) gewöhnt. School of Rock war sowohl ein Kassenschlager, der weltweit über 130 Millionen Dollar einspielte, als auch ein kritischer Erfolg, der eine Punktzahl von 91% auf Rotten Tomatoes erhielt. Cosgroves Schauspielerei in dem Film wurde gelobt, David Ansen von Newsweek beschrieb es als „genau richtig“. Sie zitierte die Szene, in der ihre Figur zu singen versucht, als besonders schwierig: “ Ich nehme seit ungefähr fünf Jahren Gesangsunterricht, also war es neu, schlecht zu singen. Der Regisseur sagte immer: ‚Versuch noch schlimmer zu singen, Miranda‘, also war es komisch.“

2004 bekam Cosgrove ihre erste Hauptrolle in einer Fernsehserie, als sie in der Nickelodeon-Serie Drake & Josh neben Drake Bell und Josh Peck besetzt wurde. In der Serie porträtierte sie Megan Parker, die schelmische jüngere Schwester der Titelfiguren. Das selbe Jahr, Cosgrove gastierte in Episoden von What’s New, Scooby-Doo? und für das Leben geerdet. Im Jahr 2005 erhielt Cosgrove die Rolle des Munch in dem Cartoon Network-Film Here Comes Peter Cottontail: The Movie. Im Film porträtiert Cosgrove eine weibliche Maus, die von Junior und Flutter vor einem Falken gerettet wird und sich ihnen auf ihrem Abenteuer anschließt. Cosgrove war auch in zwei Folgen der Zeichentrickkomödie Lilo & Stitch: The Series zu Gast. Sie erhielt auch ihre zweite Hauptrolle in einem Kinofilm, als sie neben ihrem Drake & Josh Co-Star Drake Bell in der Komödie Yours, Mine & Ours . Der Film lief an der Abendkasse mild. Yours, Mine & Ours eröffnete auf dem dritten Platz und verdiente am ersten Wochenende an der US-Abendkasse 17 Millionen US-Dollar. Cosgroves dritter Kinostart, Keeping Up with the Steins, wurde 2006 veröffentlicht. Es erhielt allgemein negative Kritiken von Kritikern und schnitt an der Abendkasse schlecht ab.

2007-2012: iCarly und Musik

Sie spielte auch eine Rolle im Straight-to-DVD-Film The Wild Stallion und trat in mehreren Nickelodeon-Fernsehserien auf. Der erste dieser Auftritte war in Zoey 101. Cosgrove gastierte später in einer Episode von Unfabulous, in der Emma Roberts die Hauptrolle spielte. In der Folge, Cosgrove Gast spielte als süßes Mädchen namens Cosmina. Cosgrove war jedoch bereits in der Arbeit, in ihrer eigenen Sitcom mit dem Titel iCarly zu spielen, die am 8. September 2007 veröffentlicht wurde. Schneider hat iCarly auf das Interesse junger Menschen am Internet zugeschnitten. Ein einzigartiger Teil dieser Show ist die Tatsache, dass Zuschauer ihre eigenen Videos einreichen und auch in die Show aufgenommen werden können. Cosgrove sagte über den Aspekt der Publikumsbeteiligung: „Als ich zum ersten Mal von der Idee hörte, fand ich sie so cool. Wenn ich zu Hause wäre und fernsehen würde, würde ich gerne ein Video schicken.“ Im Sommer 2008 war die Show die dritthöchste in der 9-14 demographischen bewertet. Die erweiterte Sonderfolge „iCarly Saves TV“ wurde im Juni 2008 zur meistgesehenen Unterhaltungssendung im Kabelfernsehen. Die letzte Folge von Drake & Josh wurde am 16.September 2007 ausgestrahlt. Cosgroves Debüt als Aufnahmekünstler begann mit dem iCarly-Titelsong „Leave It All to Me“ mit Drake Bell und wurde am 2. Dezember 2007 als Single veröffentlicht. Im Juni 2008 veröffentlichte Columbia Records den iCarly Soundtrack, der vier Songs von Cosgrove enthielt und auf Platz eins der Billboard Kid Albums Charts debütierte. Die folgende Single „Stay My Baby“ schaffte es nicht in die Charts, aber die dritte Veröffentlichung, „About You Now“, erreichte Platz 47 der Hot 100.

Cosgrove bei den MuchMusic Video Awards 2010.

Im Dezember 2008 wurde ein Cover des Weihnachtsliedes „Christmas Wrapping“ veröffentlicht, um das einstündige Special Merry Christmas, Drake & Josh, zu promoten. Am 3. Februar 2009 veröffentlichte Cosgrove ihre erste Soloaufnahme, das erweiterte Stück About You Now mit fünf Songs. Um den Animationsfilm „Cloudy with a Chance of Meatballs“ von 2009 zu promoten, veröffentlichte Columbia Records im August 2009 eine Single mit dem Titel „Raining Sunshine“ mit einem begleitenden Musikvideo. Cosgrove wurde eine von MTVS weiblichen Pop-Rookies von 2009. Im Jahr 2010 arbeitete Cosgrove mit den Songwritern The Matrix, Dr. Luke, Max Martin, Leah Haywood und Daniel James für ihr Debüt-Studioalbum. Sie sagte, dass „die meisten Songs Spaß machen, Pop, Rock-Girl Empowerment“. Die erste Single ihres Albums, „Kissin U“, wurde am 12.März 2010 in Ryan Seacrests Radiosendung uraufgeführt. Das Album mit dem Titel Sparks Fly wurde im April 2010 veröffentlicht und erreichte Platz 8 der US Billboard 200 Charts. Sie unterschrieb am 12. Februar 2010 beim Hautpflege- und Kosmetikunternehmen Neutrogena als Botschafterin. Am 17. März 2010 wurde berichtet, dass Cosgrove einen Deal unterzeichnet hatte, angeblich im „niedrigen bis mittleren siebenstelligen Bereich“, um 26 weitere Folgen von iCarly zu machen. Ebenfalls im Jahr 2010 sprach Cosgrove Margo in der 3D-Computeranimation Despicable Me der Universal Studios aus, die im Juli 2010 veröffentlicht wurde.

Im Januar 2011 enthüllte Cosgrove, dass ihre neue EP High Maintenance heißen würde, und veröffentlichte auch die erste Single derselben. Das Lied mit dem Titel „Dancing Crazy“ wurde von Max Martin, Shellback und Avril Lavigne geschrieben und von Martin und Shellback produziert. Mit drei Wochen Airplay debütierte der Song auf Platz 40 der US Billboard Adult Pop Songs. Am 24. Januar 2011 veröffentlichte sie ihre Debüt-Tour Dancing Crazy Tour, die Nordamerika zur Unterstützung ihres ersten Studioalbums Sparks Fly besuchte. Die Tour begann in Missouri, reiste durch die Vereinigten Staaten und endete in Ohio. Cosgrove setzte die Tour bis in den Sommer fort, um für ihre zweite EP zu werben, Hohe Wartung. Am 15. Juli 2011 ging die Tour mit dem neuen Titel Dancing Crazy Summer Tour weiter, reiste durch die USA und Kanada und trat auf Musikfestivals und staatlichen Messen auf. Am 11. August 2011 brach sich Cosgrove bei einem Tourbusunfall auf der Interstate 70 in der Nähe von Vandalia, Illinois, den Knöchel, was zur Absage ihrer US-Tourdaten führte. Am 24.Januar 2012 veröffentlichte Cosgrove ihren zweiten iCarly-Soundtrack, iCarly: iSoundtrack II, produziert von Dr. Luke. Am 17. Mai 2012 wurde bekannt, dass die sechste Staffel der Show die letzte für iCarly sein würde. Das Serienfinale „iGoodbye“ wurde am 23.November 2012 ausgestrahlt. Nach den Dreharbeiten zum Finale im Juni 2012 startete Cosgrove im Juli und August 2012 eine Fortsetzung der Dancing Crazy Tour mit dem Titel The Summer Tour.

2013-heute: Zusätzliche TV-Rollen und iCarly-Wiederbelebung

Am 15. Februar 2013 wurde bekannt gegeben, dass Cosgrove in Girlfriend in a Coma, einer Fernsehserie von Liz Brixius für NBC, die nach dem gleichnamigen Roman von Douglas Coupland adaptiert wurde, die Hauptrolle spielen wird. Cosgrove sollte Evie spielen, die Tochter von Karen, die nach einem fast 20-jährigen Koma aufwacht und herausfindet, dass sie eine Tochter hat; Am 19.März 2013 wurde bekannt, dass Christina Ricci die Besetzung verließ und das Projekt mehrere Probleme hatte. Das Projekt wurde später abgebrochen. Cosgrove äußerte erneut Margo in Despicable Me 2, veröffentlicht am 5. Juni. 2013 trat sie in den animierten Kurzfilmen Training Wheels als Margo und Gru’s Girls als Savana auf. Im Dezember, Sie gab in der Today Show bekannt, dass sie ein neues Album aufnehmen werde. Im Jahr 2014 führte Cosgrove Spracharbeit in dem Animationsfilm A Mouse Tale, der am 10. Februar 2015 veröffentlicht wurde. Cosgrove spielte auch in dem Horrorfilm The Intruders mit Austin Butler und porträtierte die Rolle von Rose.Im Mai 2015 wurde Cosgrove in der NBC-Comedy-Pilotserie Crowded von Suzanne Martin mit dem ausführenden Produzenten Sean Hayes besetzt. Cosgrove spielte Shea, eine Astrophysik-Doktorandin vom MIT, die nicht weiß, was sie im Post-College-Leben tun soll, und beschließt daher mit ihrer Schwester, nach Hause zu ziehen, um es herauszufinden, was ihre Eltern verrückt macht. Die Serie debütierte am 15.März 2016, wurde aber nach einer Saison abgesagt. Im März 2017 wurde Cosgrove im NBC-Comedy-Piloten Spaced Out von den Machern Adam Sztykiel und Bill Lawrence besetzt. Es wurde jedoch nicht zur Serie bestellt. Im Jahr 2017 wiederholte Cosgrove ihre Rolle als Margo erneut in Despicable Me 3, das am 14.Juni 2017 veröffentlicht wurde. Im Jahr 2019 wurde Cosgrove als Lisa Brown in dem Film 3022 besetzt. Seit 2019 ist sie Moderatorin der CBS-Serie Mission Unstoppable mit Miranda Cosgrove, die 2020 zwei Daytime Emmy Award-Nominierungen erhielt.

Im Dezember 2020 wurde bekannt, dass Cosgrove ihre Rolle als Carly Shay in einem iCarly-Revival wiederholen würde.