Tilton teve papéis iniciais em séries de televisão como Happy Days e Eight Is Enough. Ela fez sua primeira aparição no cinema ao lado de Jodie Foster em Freaky Friday (1976). Em 1978, Tilton fez uma aparição no filme de John Milius Big Wednesday. No ano seguinte, ela fez sua grande pausa ao fazer o papel de Lucy Ewing, a neta manhosa, vixena e frequentemente frustrada de John “Jock” Ewing Sr. e a ex-Ellie Southworth na série de televisão Dallas, ao lado dos atores Jim Davis, Barbara Bel Geddes e Larry Hagman, de 1978 a 1985 e de 1988 a 1990. Ela também apareceu em um episódio do spin-off da série Knots Landing em 1980. No auge da fama de Dallas, ela recebeu um salário de 50.000 dólares por episódio, apareceu em 500 capas de revistas e atraiu 65 milhões de espectadores para seu casamento na TV em 1981.
Tilton também é cantora, emprestando sua habilidade vocal a um episódio de 1978 de Dallas intitulado “Runaway”, no qual Greg Evigan guest-stared. Em 1984, ela lançou o single dance-pop “C’est La Vie”, que se tornou um sucesso em vários países europeus, embora não nos Estados Unidos. Ela apareceu no Circus of the Stars em 1979 e 1991, em uma ocasião atuando como atiradora de facas, enquanto vestia um biquíni dourado. Tilton também apareceu em programas de jogos, como Family Feud, Battle of the Network Stars, Hollywood Squares, Pyramid, 1 vs. 100 e Catch 21, incluindo ser painelista na versão de 1979-1982 do Match Game. Ela também hospedou o piloto não vendido para um possível renascimento do programa em sindicação como MG2 em 1996.
Tilton foi o apresentador convidado em um episódio de Saturday Night Live em 21 de fevereiro de 1981, que apresentou uma paródia do famoso episódio “Who shot J.R.?” de Dallas. No episódio, o membro do elenco Charles Rocket foi baleado no peito por um atirador enquanto fazia um sketch sobre um casal sexy (com Gail Matthius como parceira) dando banho num cão e insinuando. No final do programa, durante as “despedidas”, Tilton perguntou a Rocket como se sentia ao ser baleado. Na personagem, Rocket improvisou: “Oh, cara, é a primeira vez que levo um tiro na minha vida. Gostava de saber quem é que o fez.” O improviso da Rocket, que violou as normas de transmissão da FCC, levou à sua demissão do elenco do programa.
Tilton apareceu em vários comerciais para a linha Abdominizer de equipamentos de treino de mercado directo nos anos 90. Ela apareceu como ela mesma em um episódio de Casada… com filhos intitulado “Tis Time to Smell the Roses”, o que a levou a se envolver com o Abdominizer. Além disso, ela já apareceu em várias comédias de send-up, como The Silence of the Hams (1994), Superhero Movie (2008), e Paranormal Calamity (2010). Em 2005, ela apareceu no reality show britânico The Farm.
Em 2001, Tilton foi homenageada pela Young Artist Foundation com seu Prêmio Ex-estrela Infantil “Lifetime Achievement” por seu papel como Lucy Ewing na série original da televisão Dallas. Em janeiro de 2012, Tilton foi concorrente no programa britânico de patinação no gelo Dancing on Ice em sua sétima temporada, no qual ela foi emparelhada com o patinador americano Matthew Gonzalez. Tilton foi votada fora da competição, porém, na quinta semana de uma corrida de 12 semanas.
Em 2012, Tilton juntou-se ao elenco da série de avivamento Dallas da TNT, e repreendeu seu papel como Lucy Ewing em uma série de episódios.