2001–2006: Kejayaan bersama Drake & Josh

Kemunculan televisyen Cosgrove yang pertama (selain iklan) ialah pada 2001 sebagai suara latar bagi Lana Lang (lakonan Kristin Kreuk) berusia 5 tahun dalam episod pengenalan Smallville. Cosgrove kemudian membuat kemunculan filem cetera pertamanya menerusi filem 2003 School of Rock. Di dalam filem itu, beliau memegang watak Summer Hathaway, seorang gadis muda yang bercita-cita tinggi dan berdisiplin yang mendapati dirinya menyesuaikan diri dengan alam semula jadi yang bebas bersemangat seorang guru baru dengan menjadi pengurus band rock kelas. School of Rock merupakan kejayaan pecah panggung, meraih kutipan $131,282,949 seluruh dunia,[16] dan kejayaan kritis, menerima markah 91 peratus dari Rotten Tomatoes.[17] Lakonan Cosgrove di dalam filem itu mendapat pujian, dengan David Ansen dari Newsweek menyifatkannya sebagai "terbaik".[18] Beliau berkata mengenai pengalaman bekerja dengan Jack Black: "Minggu pertama ia adalah seperti, 'Oh, Tuhanku, itulah Jack Black,' tetapi dua minggu kemudian, ia semuanya baik saja. Dia benar-benar lucu. Kadang-kadang pengarah akan berkata, 'Jack, anda tidak boleh membuat mereka ketawa begitu banyak.'"[19] Beliau memetik adegan cuba untuk menyanyi teruk sebagai sangat sukar. Cosgrove menyatakan bahawa "Saya mendapat satu pengajaran 45 minit dari Jim O'Rourke dari Sonic Youth  bagaimana untuk menyanyi dengan teruk. Saya telah mengambil pelajaran nyanyian selama kira-kira lima tahun, sehingga dapat menyanyi dengan teruk adalah yang baru. Pengarah terus berkata, 'Cuba untuk menyanyi lebih teruk lagi, Miranda, maka ianya pelik."[14]

Pada 2004 Cosgrove kemudian melangkah ke peranan utamanya yang pertama dalam siri televisyen apabila beliau diberikan watak utama dalam siri Nickelodeon Drake & Josh, bersama Drake Bell dan Josh Peck. Dalam siri itu, beliau melakonkan Megan Parker, adik yang nakal daripada watak-watak tajuk. Juga pada 2004, Cosgrove sebagai pelakon undangan untuk episod khas siri animasi What's New, Scooby-Doo?, dan juga sebagai tetamu undangan dalam episod musim kelima Grounded For Life, memegang watak Jessica.[20] Pada 2005, Cosgrove diberikan peranan 'Munch' dalam filem Disney Channel Here Comes Peter Cottontail: The Movie. Dalam filem ini, Cosgrove menggambarkan tikus betina yang diselamatkan daripada menjaja oleh Junior dan Flutter, dan kemudiannya datang bersama-sama untuk pengembaraan bahawa watak-watak mesti mengambil.[21] Cosgrove juga sebagai pelakon undangan untuk dua episod siri animasi, Lilo & Stitch: The Series. Siri televisyen yang bersiaran di Disney, merupakan sempalan daripada filem asal, Lilo & Stitch. Cosgrove juga membawakan peranan utama kedua dalam filem teaterikal, apabila beliau berlakon bersama pelakon utama Drake & Josh Drake Bell dalam filem komedi Yours, Mine and Ours, yang mana beliau memegang watak Joni;[22][23] filem ini dipersembahkan sederhana di pecah penggung. Yours, Mine and Ours dibuka pada minggu ketiga $17,461,108 di AS.[24] Cosgrove kemudiannya berlakon dalam keluaran tayangan ketiganya, Keeping Up with the Steins, yang dikeluarkan untuk secara amnya ulasan negatif dari pengkritik. Filem ini juga mengalami kegagalan di pecah panggung.[25][26][27]

2007–2012: iCarly dan bidang muzik

Beliau juga memperoleh peranan filem terus-ke-DVD The Wild Stallion dan terdapat dalam beberapa siri televisyen Nickelodeon. Yang pertama dalam penampilan ini adalah dalam Zoey 101. Cosgrove kemudian menjadi tetamu undangan dalam episod Unfabulous, yang dibintangi Emma Roberts. Dalam episod ini, Cosgrove menjadi tetamu undangan sebagai seorang gadis manis bernama Cosmina. Walau bagaimanapun, Cosgrove sudahpun membintangi sitkom sendiri, bertajuk iCarly, yang dikeluarkan pada 8 September, 2007. Schneider mengadaptasikan iCarly di kalangan minat penonton muda di internet. Sebahagian unik persembahan ini adalah hakikat bahawa penonton boleh mengemukakan video mereka sendiri dan juga akan dimasukkan ke dalam persembahan. Cosgrove berkata daripada aspek penyertaan penonton, "Ketika saya pertama kali mendengar tentang idea, saya fikir ia adalah begitu baik. Jika saya berada di rumah dan menonton TV, saya ingin menghantar dalam video."[28] Menjelang pertengahan 2008, rancangan ini merupakan penarafan tertinggi yang ketiga dalam demografi 9–14. Episod tambahan khas "iCarly Saves TV", menjadi rancangan hiburan paling ditonton di TV kabel pada Jun 2008.[14] Episod terakhir Drake & Josh disiarkan pada 16 September 2007. Kemunculan sulung Cosgrove sebagai artis rakaman bermula dengan lagu tema iCarly "Leave It All to Me",.[29] menampilkan Drake Bell dan dikeluarkan sebagai single pada 2 Disember 2007.[30] Pada Jun 2008, Columbia Records melancarkan runut bunyi iCarly, yang menampilkan empat lagu yang dipersembahkan oleh Cosgrove, yang menaiki nombor satu di carta Billboard Kid Albums.[31][32] Single berikutnya "Stay My Baby" gagal menaiki carta, tetapi keluaran ketiganya, "About You Now", mencapai nombor 47 di carta Hot 100.[33]

Pada Disember 2008, sebuah saduran bagi lagu percutian "Christmas Wrapping" telah dikeluarkan bagi mempromosikan Merry Christmas, Drake & Josh.[34] Pada 3 Februari 2009, Cosgrove melancarkan rakaman solo pertamanya, sebuah EP About You Now dengan lima lagu.[35] Untuk mempromosikan filem 2009 Cloudy with a Chance of Meatballs, Columbia Records mengeluarkan single bertajuk "Raining Sunshine" dengan muzik videonya disertakan pada Ogos2009.[36][37] Cosgrove menjadi salah satu MTV Female Pop Rookies bagi 2009.[38] Pada 2010 Cosgrove bekerja dengan penulis lagu The Matrix, Dr. Luke, Max Martin,[37] Leah Haywood, dan Daniel James, untuk album sulungnya. Beliau berkata, "kebanyakan lagu-lagu yang menyeronokkan".[37] Single pertama dari albumnya, "Kissin' U", telah diperdengarkan menerusi rancangan radio Ryan Seacrest pada 12 Mac 2010.[39] Album yang bertajuk Sparks Fly, dikeluarkan pada April 2010,[40] dan menduduki nombor 8 di carta Billboard 200. Beliau mengikat kontrak bersama syarikat kosmetik dan penjagaan kulit Neutrogena pada 12 Februari 2010, sebagai duta.[41] Pada 17 Mac 2010, ia telah dilaporkan yang Cosgrove telah mengikat perjanjian, dilaporkan dalam "berpendapatan rendah kepada julat pertengahan tujuh angka" untuk menerbitkan 26 episod tambahan iCarly.[42] Juga pada 2010 Cosgrove meminjamkan suaranya bagi watak Margo dalam filem animasi komputer 3D Universal Studios, Despicable Me, ditayangkan pada Julai 2010.

Pada Januari 2011, Cosgrove mendedahkan yang tajuk EP terbarunya bertajuk High Maintenance,[9] dan juga mengeluarkan single pertama. Lagu yang bertajuk "Dancing Crazy", ditulis oleh Max Martin, Shellback, dan Avril Lavigne, dan diterbitkan oleh Martin dan Shellback.[43] Dengan siaran selama tiga minggu, lagu ini menaiki nomnor 40 di carta US Billboard Adult Pop Songs.[9] Pada 24 Januari, 2011 beliau mengadakn jelajah pertamanya, Dancing Crazy Tour, melawat Amerika Utara, jelajah ini akan mempromosikan album pertamanya, Sparks Fly. Jelajah yang bermula di Missouri dan mengembara di seluruh Amerika Syarikat dan berakhir di Ohio. Cosgrove meneruskan lawatan ke musim panas untuk mempromosikan jelajah kedua EP, High Maintenance.[44] Pada 15 Julai, 2011 jelajah itu diteruskan dengan nama baharu, Dancing Crazy Summer Tour, mengembara Amerika Syarikat dan Kanada dan mengadakan persembahan di festival muzik dan pameran. Pada 11 Ogos 2011, Cosgrove patah buku lali beliau dalam kemalangan bas pelancongan di Interstate 70 berhampiran Vandalia, Illinois, menyebabkan pembatalan tarikh jelajah A.S. beliau.[45][46] Pada 24 Januari 2012 Cosgrove melancarkan runut bunyi iCarly yang kedua, iSoundtrack II, diterbitkan oleh Dr. Luke.[47] Pada 17 Mei 2012, ia telah mengumumkan bahawa musim ketujuh rancangan tersebut adalah yang terakhir untuk iCarly.[48] Episod kemuncak siri, "iGoodbye", disiarkan pada 23 November 2012.[49]

2013–kini: Tumpuan kepada bidang lakonan

Pada 15 Februari, 2013, ia telah diumumkan yang Cosgrove akan berlakon dalam Girlfriend in a Coma, sebuah siri televisyen yang diterbitkan oleh Liz Brixius untuk NBC, adaptasi novel Kanada dengan judul sama. Cosgrove dikhabarkan melakonkan watak Evie, anak kepada Karen, yang bangun selepas koma hampir dua puluh tahun lama dan mendapati dia mempunyai seorang anak perempuan;[50] Pada 19 Mac 2013, ia telah diumumkan yang Christina Ricci meninggalkan barisan pelakondan projek tersebut mengalami beberapa masalah.[51] Selepas itu, rancangan tersebut dibatalkan.[52] Cosgrove sekali lagi meminjamkan suaranya untuk watak Margo dalam Despicable Me 2, dikeluarkan pada 5 Jun.[53] Juga pada 2013 beliau berlakon dalam filem pendek Training Wheels sebagai Margo dan Gru's Girls sebagai Savana. Pada Disember beliau mengumumkan dalam Today Show yang beliau sedang merakamkan album baru bersama Dr. Luke dan harus mengeluarkan single terbarunya.[54][55] Pada 2014 Cosgrove menyumbangkan suara dalam filem animasi A Mouse Tale, yang ditayangkan pada 10 Februari 2015.[56] Pada Jun 2015 beliau mengkatalogkan tujuh lagu baru di Broadcast Music, Inc., tetapi projek tersebut dibatalkan.[57] Cosgrove juga berlakon dalam filem seram The Intruders bersama Austin Butler, memegang watak Rose.[58]

Pada Mei 2015, Cosgrove berlakon dalam pengenalan komedi NBC Crowded, dicipta oleh Suzanne Martin dengan penerbit eksekutif Sean Hayes.[59][7] Cosgrove memegang watak Shea,seorang graduan Astrofizik PhD dari MIT, yang tidak tahu apa yang perlu dilakukan dalam kehidupan pasca-kolej, dan memutuskan demikian dengan kakaknya untuk berpindah ke rumah untuk mengetahui, ibu bapanya gila.[60] Siri tersebut disiarkan pada 15 Mac 2016, tetapi telah dibatalkan selepas satu musim.[61]

Pada Mac 2017, Cosgrove berlakon dalam pengenalan komedi NBC Spaced Out dari pencipta Adam Sztykiel dan Bill Lawrence.[62] Bagaimanapun, ia tidak dijadikan sebagai sebuah siri.[63]