Dua tahun kemudian, dia berperan sebagai sahabat Rowan Blanchard di sitkom Disney Channel Girl Meets World, sekuel sitkom tahun 90-an yang sangat populer Boy Meets World.
Sabrina Carpenter menandatangani kesepakatan dengan Hollywood Records dan mengeluarkan single Can't Blame a Girl for Trying, pada Maret 2014, yang diikuti oleh debut EP dengan nama yang sama sebulan kemudian.
Pada tahun 2015, ia membawakan Eyes Wide Open pada debutnya. Single tersebut sukses memuncak di nomor 43 di Billboard 200.
Sabrina Carpenter kembali pada 2016, dengan album keduanya, EVOLution, dan memulai turnya yang terjual habis. EVOLution pun memuncak di nomor 28 di Billboard 200.
Pada tahun 2017, Sabrina Carpenter bekerja sama dengan bintang media sosial Jasmine Thompson untuk mengcover lagu Sign of the Times milik Harry Styles.
Pada tahun yang sama, dia bekerja dengan Vamps dan Mike Perry di lagu Hands, merilis single solo Why, yang juga menjadi judul tur konser The De-Tour miliknya, dan tampil di First Love milik Lost Kings.
Pada 2018, Sabrina Carpenter berkolaborasi dengan produser Inggris dan DJ Jonas Blue dengan merilis single Alien yang sukses nongkrong ke nomor 12 di tangga lagu yang Billboard 200.
Sabrina Carpenter juga terlibat di film The Hate U Give, dan di tahun 2019, ia muncul di film original Netflix Tall Girl.