Como atriz, sua carreira teve início em 2002, aos nove anos, quando ingressou no elenco da série de televisão infantil "Barney e Seus Amigos" como Angela. Em 2006, fez uma participação especial no episódio "First Down", da segunda temporada da série "Prison Break", como Danielle Curtin. Também apareceu na segunda temporada do sitcom "Just Jordan", como Nicole, no episódio de 2007, "Slippery When Wet".
Demi atuou como Charlotte Adams na microssérie do Disney Channel "As the Bell Rings", que estreou em Agosto de 2007.
Tornou-se internacionalmente conhecida apenas a partir de 2008, quando atuou como a protagonista Mitchie Torres no filme "Camp Rock" da Disney.
Demi regravou a canção "That's How You Know", da trilha sonora do filme "Encantada", para a coletânea DisneyMania 6, lançada em Março de 2008.
Entre 1 de Junho e 31 de Julho de 2008, Lovato realizou quinze apresentações em sua primeira turnê, a "Demi Live! Warm Up". Ela também abriu a turnê "Burnin' Up" para os Jonas Brothers, entre Julho e Setembro de 2008.Em 12 de Agosto de 2008, Demi lançou seu primeiro single solo inédito, "Get Back", que obteve a posição #43 na Billboard Hot 100. Pouco mais de um mês depois, em 23 de Setembro de 2008, seu álbum de estréia, "Don't Forget", também foi liberado. O álbum estreou na segunda posição da Billboard 200, parada de álbuns oficial dos Estados Unidos, pela venda de 89 mil cópias em sua semana de lançamento.
Em Dezembro do mesmo ano, foi lançado o seu segundo single, "La La Land", que teve a #52 como melhor posição no Hot 100 da Billboard. O terceiro e último single deo álbum de estréia foi a canção título "Don't Forget", lançada em Março de 2009.
Ainda em 2009 estrelou a série "Sonny With a Chance" no papel principal, Sonny Munroe. Também co-estrelou o filme do "Princess Protection Program", ao lado de Selena Gomez, como Rosalinda, uma princesa que precisa esconder-se de um ditador que tenta tomar o controle do seu país. As duas gravaram a faixa "One And the Same" para a trilha sonora.
Em Junho de 2009, iniciou a "Summer Tour", para promover seu segundo álbum, "Here We Go Again", que posteriormente, em 21 de Julho, teve seu lançamento oficial, debutando na primeira posição da Billboard 200, com 108 mil cópias vendidas na primeira semana.
O primeiro single retirado de seu segundo álbum, sua canção título, foi liberado em 17 de Junho de 2009 e tornou-se o single mais bem sucedido da cantora na Billboard Hot 100, com a posição #15. Em 12 de Novembro de 2009, o videoclipe do segundo single, "Remember December", foi divulgado. A canção não entrou no Hot 100 da Billboard, ficando na posição #6 do Bubbling Under Hot 100 Singles. Demi participou da faixa ""We'll Be a Dream" do álbum "Smile Kid", da banda We the Kings, lançada Março de 2010.Em Março de 2010, Lovato gravou uma participação especial na série "Grey's Anatomy", interpretando Hayley, uma paciente com esquizofrenia. No mesmo ano, uma segunda temporada de "Sonny With a Chance" começou a ser exibida. Demi passou pelo Brasil no final de Março de 2010 com a "South American Tour". Durante sua passagem pelo país, recebeu o Disco de Ouro da ABPD por "Here We Go Again".
Em Setembro de 2010, o chegou aos cinemas "Camp Rock 2: The Final Jam", segundo filme da trilogia. Lovato também gravou quatro faixas para a trilha sonora da série Sonny with a Chance, que foi lançada em 5 de Outubro de 2010 nos Estados Unidos.
Na metade de 2010, começou a trabalhar em seu terceiro álbum, dizendo que seria "um pouco mais pop, R&B e soul". Em Novembro de 2010, Demi suspendeu sua participação em uma turnê que realizava com a banda Jonas Brothers e internou-se voluntariamente em uma clínica de reabilitação especializada em adolescentes e jovens. Em Janeiro de 2011, pouco menos de três meses depois de iniciar o tratamento na clínica, ela o concluiu e voltou para Los Angeles. Na época da internação, foi divulgado que os motivos seriam problemas emocionais e físicos; mais tarde, Demi confirmou que sofria de distúrbios alimentares e automutilação, além de transtorno bipolar, que descobriu apenas durante o tratamento.
Em Abril de 2011, Lovato anunciou que não retornaria para a série "Sunny entre Estrelas", após duas temporadas, pois havia decidido se focar em sua carreira musical.No início do mês de Julho, lançou "Skyscraper" primeiro single de seu terceiro álbum. Em 20 de Setembro lançou o álbum, intitulado "Unbroken". O disco vendeu 96 mil cópias em sua primeira semana de distribuição nos Estados Unidos e estreou na quarta posição da Billboard 200 e na primeira da Billboard Digital Albums, pelas 53 mil dessas cópias que foram digitais.
Mais recentemente, a cantora participou da canção "Why Don't You Love Me", do álbum "Whatever", da banda Hot Chelle Rae e anunciou como segundo single de seu álbum a canção "Give Your Heart a Break".
