Ulterior, a apărut în numeroase filme de mainstream, precum Cadet Kelly (2002), Agent Cody Banks (2003), Cheaper by the Dozen (2003) și A Cinderella Story (2004). A apărut apoi în filme independente, interpretând o gamă mai largă de roluri cu teme pentru adulți, cum ar fi o vedetă pop promiscuă în War, Inc. (2008), o adolescentă rebelă și sinucigașă în According to Greta (2009) și ca personajul titular în controversatul The Haunting of Sharon Tate (2019), inspirat de crimele reale Tate–LaBianca. Între 2015 și 2021, Duff a jucat rolul Kelsey Peters în cel mai longeviv serial original al TV Land, Younger, pentru care a primit două nominalizări la People's Choice Awards. Începând cu 2022, produce și joacă în How I Met Your Father în rolul principal, Sophie.
Duff a câștigat notorietate în industria muzicală după lansarea albumului său de debut, albumul de studio cu temă de Crăciun Santa Claus Lane (2002), prin Buena Vista Records. Al doilea său album, Metamorphosis (2003), a avut un succes uriaș, ajungând pe primul loc în clasamentul Billboard 200 și obținând o certificare 3x Platinum din partea Recording Industry Association of America (RIAA). A avut un succes comercial semnificativ cu albumele sale ulterioare, certificate Platinum și Gold, lansate prin Hollywood Records; Hilary Duff (2004), Most Wanted (2005) și Dignity (2007). După o pauză din muzică, Duff a semnat cu RCA Records pentru al cincilea său album, Breathe In. Breathe Out. (2015), care a debutat în top cinci în Australia, Canada și Statele Unite. Duff a fost, de asemenea, apreciată ca o inspirație de către următoarele vedete Disney pentru adolescenți, precum Miley Cyrus, Demi Lovato, Brid