Tilton ha avuto i primi ruoli in serie televisive come Happy Days e Eight Is Enough. Fece la sua prima apparizione cinematografica accanto a Jodie Foster in Freaky Friday (1976). Nel 1978, la Tilton fece un cameo nel film di John Milius Big Wednesday. L’anno seguente, ha fatto la sua grande scoperta ottenendo il ruolo di Lucy Ewing, la furba, vixenish, spesso frustrata nipote di John “Jock” Ewing Sr. e l’ex Eleanor “Ellie” Southworth nella serie televisiva Dallas, accanto agli attori Jim Davis, Barbara Bel Geddes, e Larry Hagman, dal 1978 al 1985 e dal 1988 al 1990. È apparsa anche in un episodio dello spin-off della serie Knots Landing nel 1980. All’apice della sua fama in Dallas, ricevette uno stipendio di 50.000 dollari per episodio, apparve su 500 copertine di riviste e attirò 65 milioni di spettatori per il suo matrimonio televisivo del 1981.
Tilton è anche una cantante, prestando la sua abilità vocale ad un episodio di Dallas del 1978 intitolato “Runaway”, in cui Greg Evigan fu guest-star. Nel 1984, ha pubblicato il singolo dance-pop “C’est La Vie”, che è diventato un successo in diversi paesi europei, anche se non negli Stati Uniti. È apparsa al Circo delle Stelle nel 1979 e nel 1991, in un’occasione agendo come ragazza bersaglio di un lanciatore di coltelli mentre era vestita in un bikini dorato. La Tilton è apparsa anche nei game show, come Family Feud, Battle of the Network Stars, Hollywood Squares, Pyramid, 1 vs. 100 e Catch 21, compresa la versione di Match Game del 1979-1982. Ha anche ospitato il pilota invenduto per un potenziale revival dello show in syndication come MG2 nel 1996.
Tilton fu ospite in un episodio del Saturday Night Live il 21 febbraio 1981, che presentava una parodia del famoso episodio “Chi ha sparato a J.R.?” di Dallas. Nell’episodio, il membro del cast Charles Rocket fu colpito al petto da un cecchino mentre faceva uno sketch su una coppia sexy (con Gail Matthius come partner) che faceva il bagno a un cane e sputava allusioni. Alla fine dello spettacolo, durante i “saluti”, Tilton chiese a Rocket come si sentiva per essere stato colpito. Nel personaggio, Rocket improvvisò: “Oh, amico, è la prima volta che mi sparano in vita mia. Vorrei sapere chi cazzo è stato”. L’improvvisazione di Rocket, che violava gli standard di trasmissione della FCC, portò al suo licenziamento dal cast dello show.
Tilton apparve in una serie di spot pubblicitari per la linea Abdominizer di attrezzature per l’allenamento sul mercato diretto negli anni ’90. È apparsa come se stessa in un episodio di Married… with Children intitolato “Tis Time to Smell the Roses” che ha inviato il suo coinvolgimento con l’Abdominizer. Inoltre, è apparsa in diverse commedie send-up, come Il silenzio dei prosciutti (1994), Superhero Movie (2008), e Paranormal Calamity (2010). Nel 2005, è apparsa nel reality show televisivo britannico The Farm.
Nel 2001, Tilton è stata premiata dalla Young Artist Foundation con il suo Former Child Star “Lifetime Achievement” Award per il suo ruolo di Lucy Ewing nella serie televisiva originale Dallas. Nel gennaio 2012, la Tilton è stata una concorrente dello show britannico di pattinaggio sul ghiaccio Dancing on Ice nella sua settima stagione, in cui è stata accoppiata con il pattinatore artistico americano Matthew Gonzalez. Tilton è stato votato fuori dalla competizione, però, nella settimana cinque di un 12 settimane run.
Nel 2012, Tilton entrato nel cast della serie revival Dallas di TNT, e ripreso il suo ruolo di Lucy Ewing in una serie di episodi.