Tilton tuvo papeles tempranos en series de televisión como Happy Days y Eight Is Enough. Hizo su primera aparición en el cine junto a Jodie Foster en Freaky Friday (1976). En 1978, Tilton hizo un cameo en la película de John Milius Big Wednesday. Al año siguiente, tuvo su gran oportunidad al conseguir el papel de Lucy Ewing, la astuta, zorra y frecuentemente frustrada nieta de John «Jock» Ewing Sr. y la ex Eleanor «Ellie» Southworth en la serie de televisión Dallas, junto a los actores Jim Davis, Barbara Bel Geddes y Larry Hagman, de 1978 a 1985 y de 1988 a 1990. También apareció en un episodio de la serie derivada Knots Landing en 1980. En el punto álgido de su fama en Dallas, recibió un salario de 50.000 dólares por episodio, apareció en 500 portadas de revistas y atrajo a 65 millones de espectadores en su boda televisiva de 1981.
Tilton también es cantante, y prestó su capacidad vocal en un episodio de 1978 de Dallas titulado «Runaway», en el que participó como invitado Greg Evigan. En 1984, lanzó el sencillo dance-pop «C’est La Vie», que se convirtió en un éxito en varios países europeos, aunque no en Estados Unidos. Apareció en el Circo de las Estrellas en 1979 y 1991, en una ocasión actuando como chica objetivo de un lanzador de cuchillos mientras vestía un bikini dorado. Tilton también apareció en programas de juegos, como Family Feud, Battle of the Network Stars, Hollywood Squares, Pyramid, 1 vs. 100 y Catch 21, y fue panelista en la versión sindicada de 1979-1982 de Match Game. También fue presentadora del piloto no vendido de una posible reposición del programa en sindicación como MG2 en 1996.
Tilton fue la presentadora invitada en un episodio de Saturday Night Live el 21 de febrero de 1981, que incluía una parodia del famoso episodio «¿Quién disparó a J.R.?» de Dallas. En el episodio, el miembro del reparto Charles Rocket recibía un disparo en el pecho por parte de un francotirador mientras hacía un sketch sobre una pareja sexy (con Gail Matthius como su pareja) bañando a un perro y soltando insinuaciones. Al final del programa, durante las «despedidas», Tilton le preguntó a Rocket cómo se sentía al recibir el disparo. En su personaje, Rocket improvisó: «Oh, tío, es la primera vez que me disparan en mi vida. Me gustaría saber quién coño lo hizo». La improvisación de Rocket, que violaba las normas de emisión de la FCC, provocó su despido del elenco del programa.
Tilton apareció en una serie de anuncios de la línea Abdominizer de equipos de entrenamiento de venta directa en la década de 1990. Apareció como ella misma en un episodio de Married… with Children titulado «Tis Time to Smell the Roses» (Es hora de oler las rosas), en el que se mencionaba su participación en el Abdominizer. Además, ha aparecido en varias comedias de parodia, como El silencio de los jamones (1994), Superhero Movie (2008) y Paranormal Calamity (2010). En 2005, apareció en el reality show británico The Farm.
En 2001, Tilton fue honrada por la Young Artist Foundation con su premio Former Child Star «Lifetime Achievement» por su papel de Lucy Ewing en la serie de televisión original Dallas. En enero de 2012, Tilton fue concursante del programa británico de patinaje sobre hielo en su séptima temporada, en la que formó pareja con el patinador artístico estadounidense Matthew González. Sin embargo, Tilton fue expulsada de la competición en la quinta semana de un programa de 12 semanas.
En 2012, Tilton se unió al reparto de la serie de reposición de Dallas de TNT, y volvió a interpretar su papel de Lucy Ewing en varios episodios.