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Lovato iniciou a sua carreira aos nove anos de idade, interpretando Angela na série de televisão infantil Barney e Seus Amigos,entre a sexta e oitava temporadas. 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".Ela foi descoberta pela Disney através de uma seleção feita anualmente em diferente partes dos Estados Unidos, inclusive na cidade onde morava, Dallas. A microssérie As the Bell Rings seria gravada no Texas e a equipe a escolheu para atuar como uma das personagens principais, Charlotte Adams. Segundo Judy Taylor, diretora de elenco, esse tipo de programa é uma "ótima forma de se lançar alguém ou dá-los alguma experiência técnica real e ver como eles se saem".As the Bell Rings estreou em 26 de agosto de 2007; algumas das canções originais da artista, como "Shadow", foram incluídas no programa.De acordo com o desempenho, eles decidiram "mantê-la em mente na temporada de pilotos".
Tornou-se internacionalmente conhecida apenas a partir de 2008, quando atuou como a protagonista Mitchie Torres no filme original do Disney Channel Camp Rock. Entre 2009 e 2011, participou da série de televisão Sunny entre Estrelas, interpretando a personagem-título, Sunny Munroe. Ela atualmente é jurada da segunda temporada da versão norte-americana do reality show The X Factor.
Em sua carreira musical, atua como artista solo, tendo lançado seu álbum de estreia, Don't Forget, em 23 de setembro de 2008. O disco debutou na segunda posição da parada Billboard 200, com a venda cerca de 89 mil cópias em sua primeira semana de distribuição, e mais tarde ganhou o certificado de ouro da RIAA, por ter vendido mais de 500 mil cópias nos Estados Unidos. Here We Go Again, seu segundo álbum, foi lançado em 21 de julho de 2009 e alcançou o número um da Billboard 200, com 108 mil cópias vendidas na primeira semana. Seu terceiro álbum de estúdio, Unbroken, foi lançado em 20 de setembro de 2011.