2001-2006: Avance con Drake & Josh

La primera aparición de Cosgrove en televisión fue en 2001, cuando proporcionó la voz de la joven Lana Lang en el episodio piloto de Smallville. Cosgrove hizo su debut cinematográfico en 2003 en School of Rock, dirigida por Richard Linklater. En la película, interpretó a Summer Hathaway, una joven con gran ambición y disciplina que se encuentra adaptándose a la naturaleza de espíritu libre de su nuevo profesor de música (Jack Black). School of Rock fue un éxito de taquilla, recaudando más de 130 millones de dólares en todo el mundo, y un éxito de crítica, recibiendo una puntuación del 91% en Rotten Tomatoes. La actuación de Cosgrove en la película recibió elogios, con David Ansen de Newsweek describiéndola como «perfecta». Citó la escena en la que su personaje intenta cantar como particularmente difícil: «he estado tomando clases de canto durante unos cinco años, así que llegar a cantar mal era nuevo. El director seguía diciendo, ‘Intenta cantar peor, Miranda’, así que fue raro.En 2004, Cosgrove consiguió su primer papel importante en una serie de televisión cuando fue elegida para la serie de Nickelodeon Drake & Josh, junto a Drake Bell y Josh Peck. En la serie, interpretó a Megan Parker, la traviesa hermana menor de los personajes principales. Ese mismo año, Cosgrove protagonizó episodios de What’s New, Scooby-Doo? y Castigados De Por Vida. En 2005, Cosgrove fue galardonado con el papel de Munch en la película de Cartoon Network Here Comes Peter Cottontail: The Movie. En la película, Cosgrove retrata a una ratón hembra que es rescatada de un halcón por Junior y Flutter y que se une a ellos en su aventura. Cosgrove también fue estrella invitada en dos episodios de la comedia animada, Lilo & Stitch: The Series. También recibió su segundo papel importante en una película teatral cuando fue elegida junto a Drake & Josh co-estrella de Drake Bell en la película de comedia Yours, Mine & Ours. La película se presentó suavemente en la taquilla. Yours, Mine & Ours abrió en tercer lugar, ganando 1 17 millones en la taquilla de Estados Unidos durante su primer fin de semana. El tercer estreno teatral de Cosgrove, Keeping Up with the Steins, fue lanzado en 2006. Recibió críticas generalmente negativas de los críticos y tuvo un mal desempeño en la taquilla.

2007-2012: iCarly y música

También obtuvo un papel en la película directa a DVD The Wild Stallion y apareció en varias series de televisión de Nickelodeon. La primera de estas apariciones fue en Zoey 101. Cosgrove más tarde fue estrella invitada en un episodio de Unfabulous, protagonizado por Emma Roberts. En el episodio, Cosgrove interpretó a una chica dulce llamada Cosmina. Sin embargo, Cosgrove ya estaba en el trabajo de protagonizar su propia comedia, titulada iCarly, lanzada el 8 de septiembre de 2007. Schneider se adaptó a la perfección al interés de los jóvenes por Internet. Una parte única de este programa es el hecho de que los espectadores pueden enviar sus propios videos y también ser incluidos en el programa. Cosgrove dijo sobre el aspecto de participación de la audiencia :» Cuando escuché por primera vez sobre la idea, pensé que era genial. Si estuviera en casa y viendo la televisión, querría enviar un video.»Para el verano de 2008, el programa fue el tercero mejor calificado en el grupo demográfico de 9 a 14 años. El episodio extendido especial» iCarly Saves TV», se convirtió en el programa de entretenimiento más visto en la televisión por cable en junio de 2008. El episodio final de Drake & Josh se emitió el 16 de septiembre de 2007. El debut de Cosgrove como artista de grabación comenzó con el tema de iCarly «Leave It All to Me», con Drake Bell y lanzado como sencillo el 2 de diciembre de 2007. En junio de 2008, Columbia Records lanzó la banda sonora de iCarly, que incluía cuatro canciones interpretadas por Cosgrove y debutó en el número uno en la lista Billboard Kid Albums. El siguiente sencillo » Stay My Baby «no llegó a las listas de éxitos, pero el tercer lanzamiento,» About You Now», alcanzó el número 47 en el Hot 100.

Cosgrove en el 2010 MuchMusic Video Awards.

En diciembre de 2008, se lanzó una versión de la canción navideña «Christmas Wrapping» para promocionar el especial de una hora de duración Merry Christmas, Drake & Josh. El 3 de febrero de 2009, Cosgrove lanzó su primera grabación en solitario, The extended play About You Now con cinco canciones. Para promocionar la película animada de 2009 Cloudy with a Chance of Meatballs, Columbia Records lanzó un sencillo titulado «Raining Sunshine» con un video musical en agosto de 2009. Cosgrove se convirtió en una de las novatas Pop femeninas de MTV de 2009. En 2010, Cosgrove trabajó con los compositores The Matrix, Dr. Luke, Max Martin, Leah Haywood y Daniel James, para su álbum de estudio debut. Ella dijo que «la mayoría de las canciones son divertidas, pop, empoderamiento de chicas rock». El primer sencillo de su álbum, «Kissin U», se estrenó en el programa de radio de Ryan Seacrest el 12 de marzo de 2010. El álbum, titulado Sparks Fly, fue lanzado en abril de 2010, y alcanzó el puesto número 8 en la lista Billboard 200 de Estados Unidos. Firmó con la compañía de cosméticos y cuidado de la piel Neutrogena el 12 de febrero de 2010, como embajadora. El 17 de marzo de 2010, se informó que Cosgrove había firmado un acuerdo, según se informa en el «rango de siete cifras bajas a medias» para hacer 26 episodios adicionales de iCarly. También en 2010, Cosgrove hizo la voz de Margo en la película animada por computadora en 3D de Universal Studios, Despicable Me, lanzada en julio de 2010.

En enero de 2011, Cosgrove reveló que su nuevo EP se titularía High Maintenance, y también lanzó el primer sencillo del mismo. La canción, titulada «Dancing Crazy», fue escrita por Max Martin, Shellback y Avril Lavigne, y producida por Martin y Shellback. Con tres semanas de difusión, la canción debutó en el número 40 en el Billboard Adult Pop Songs de Estados Unidos. El 24 de enero de 2011, lanzó su gira debut, Dancing Crazy Tour, visitando Norteamérica en apoyo de su primer álbum de estudio, Sparks Fly. La gira comenzó en Missouri, viajó por los Estados Unidos y terminó en Ohio. Cosgrove continuó la gira hasta el verano para promocionar su segundo EP, High Maintenance. El 15 de julio de 2011, la gira continuó con un nuevo título, Dancing Crazy Summer Tour, viajó por los Estados Unidos y Canadá y actuó en festivales de música y ferias estatales. El 11 de agosto de 2011, Cosgrove se rompió el tobillo en un accidente de autobús en la carretera Interestatal 70 cerca de Vandalia, Illinois, lo que resultó en la cancelación de sus fechas de gira en Estados Unidos. El 24 de enero de 2012, Cosgrove lanzó su segunda banda sonora de iCarly, iCarly: iSoundtrack II, producida por Dr. Luke. El 17 de mayo de 2012, se anunció que la sexta temporada de la serie sería la última para iCarly. El final de la serie, «IGoodbye», se emitió el 23 de noviembre de 2012. Después de la filmación del final en junio de 2012, Cosgrove se embarcó en una continuación de The Dancing Crazy Tour, titulada the Summer Tour, en julio y agosto de 2012.

2013-presente: Papeles adicionales de TELEVISIÓN y renacimiento iCarly

El 15 de febrero de 2013, se anunció que Cosgrove protagonizaría Girlfriend in a Coma, una serie de televisión escrita por Liz Brixius para NBC y adaptada de la novela del mismo título de Douglas Coupland. Cosgrove estaba programado para interpretar a Evie, la hija de Karen, que se despierta después de un coma de casi 20 años y descubre que tiene una hija; El 19 de marzo de 2013, se anunció que Christina Ricci dejó el elenco y el proyecto tuvo varios problemas. El proyecto fue cancelado posteriormente. Cosgrove volvió a hacer la voz de Margo en Despicable Me 2, lanzado el 5 de junio. En 2013, apareció en los cortometrajes animados Training Wheels como Margo y Gru’s Girls como Savana. En diciembre, anunció en The Today Show que estaba grabando un nuevo álbum. En 2014, Cosgrove realizó trabajos de voz en la película animada A Mouse Tale, que se estrenó el 10 de febrero de 2015. Cosgrove también protagonizó la película de terror The Intruders con Austin Butler, interpretando el papel de Rose.

En mayo de 2015, Cosgrove fue elegida para el piloto de comedia de NBC Crowded, creado por Suzanne Martin con el productor ejecutivo Sean Hayes. Cosgrove interpretó a Shea, una estudiante de doctorado en astrofísica del MIT, que no sabe qué hacer en la vida postuniversitaria, por lo que decide con su hermana volver a casa para averiguarlo, volviendo locos a sus padres. La serie debutó el 15 de marzo de 2016, pero fue cancelada después de una temporada. En marzo de 2017, Cosgrove fue elegido para el piloto de comedia de NBC Spaced Out de los creadores Adam Sztykiel y Bill Lawrence. Sin embargo, no fue ordenado en serie. En 2017, Cosgrove repitió su papel de Margo una vez más en Despicable Me 3, que fue lanzado el 14 de junio de 2017. En 2019, Cosgrove fue elegida como Lisa Brown en la película 3022. Desde 2019, ha sido la presentadora de la serie de CBS Mission Unstoppable con Miranda Cosgrove, que recibió dos nominaciones a los Premios Emmy Diurnos en 2020.

En diciembre de 2020, se anunció que Cosgrove repetiría su papel de Carly Shay en un renacimiento de iCarly.