Hilary Ann Duff commence à tourner dans des spots publicitaires dès l'âge de 6 ans, influencée par sa s½ur qu'elle considère, dit-elle, comme modèle. À l'âge de 10 ans, elle obtient son premier grand rôle en jouant la sorcière Wendy dans Casper et Wendy, suite du long-métrage Casper avec Christina Ricci directement sortie en vidéo. Il lui faut cependant attendre 2001 pour se faire remarquer dans une audition et décrocher le rôle principal de la série télévisée Lizzie McGuire, produite par Disney. La série de Disney Channel est un véritable succès international, et lui apporte une vraie reconnaissance. Parallèlement au tournage des trois saisons (soit 65 épisodes), puis du film concluant la série, Hilary Duff entame une carrière musicale et cinématographique.Son premier « vrai » album sort quant à lui le 26 août 2003 : Metamorphosis devient double disque d'or aux États-Unis en seulement deux semaines, et s'exporte à l'international. En France, il sort au mois de février l'année suivante ; le premier extrait So Yesterday atteint le top 10 des ventes de singles, ce qui n'est pas le cas du second single : Come Clean.
Elle sort ensuite deux autres albums, au succès moindre : Hilary Duff puis la compilation Most Wanted, dont les chansons inédites sont, pour certaines, co-signées par Joel Madden du groupe Good Charlotte, qui est alors son compagnon. L'album reste n°1 des ventes d'albums au USA pendant 2 semaines[réf. nécessaire]. C'est en 2007 que sort son quatrième album : Dignity (sorti le 26 mars en France, en première sortie mondiale, puis une semaine plus tard aux États-Unis). Les sonorités de l'album sont plus pop-dance que les précédents. Deux singles le précèdent: Play with fire et With love, dont le clip sert au lancement de son parfum With Love... Hilary Duff. Cet album est également un gros succès il se classe directement 18e dans les charts américains, 1er au Canada ainsi qu'en Angleterre.En tant que vedette de Disney Channel, Hilary Duff tourne également dans le téléfilm Cadet Kelly, de la collection Disney Channel Original Movie, aux côtés de Christy Carlson Romano, en 2002. L'année suivante, elle obtient son premier grand rôle au cinéma dans Cody Banks : agent secret (avec Frankie Muniz, héros de Malcolm) puis dans Treize à la douzaine. Une aventure de Cendrillon, où elle côtoie Chad Michael Murray rencontre également un beau succès aux États-Unis (70 millions de dollars de recettes internationales).