Schilling xuất hiện lần đầu bằng một vai phụ trong bộ phim kinh phí thấp Dark Matter (2007). Năm 2009, cô được chọn cho vai chính trong bộ phim Mercy của hãng NBC, trong vai y tá Veronica Flanagan Callahan, một cựu y tá từng phục vụ trong chiến tranh Iraq đang gặp tổn thương về tâm lý. Sau khi xem qua cuốn băng diễn xuất, diễn xuất của cô đã gây ấn tượng mạnh với nhà sản xuất với tác giả phim và giám đốc sản xuất, bà Liz Heldens. Ngay sau đó, cô bay đến New York và bắt đầu thử vai. Bộ phim kéo dài trong một mùa, từ tháng 9 năm 2009 đến tháng 5 năm 2010.[8]

Schilling thắng giải Emerson College[6] cho Nhà biên kịch nổi bật nhất. Cô vào vai Dagny Taggart trong Atlas Shruggerd: Phần 1 (2011),[9] và đồng diễn xuất cùng Zac Efron trong bộ phim tình cảm The Lucky One (2012). Hiện tại cô đang vào vai chính Piper Chapman trong sê ri Orange Is the New Black, phim dựa trên cuốn hồi ký của Piper Kerman Orange Is the New Black: My Year in a Women's Prison. Bộ phim bắt đầu phát sóng từ ngày 11 tháng 7 năm 2013.[10] Với vai diễn này, Schilling đã giành được đề cử Quả cầu vàng cho nữ diễn viên xuất sắc nhất thể loại Phim truyền hình[11] và Giải thưởng Primetime Emmy cho Nữ diễn viên hài xuất sắc nhất vào năm 2014.[12]